Raum in Raum - Entkoppeln für den Schallschutz

Raum in Raum – Konzept

Die umgesetzte Schallisolierung entspricht einer Raum-in-Raum Konstruktion. Dies bedeutet, dass vor jede Wand und auch unter die Originaldecke eine Vorsatzschale gebaut wird. Dadurch bekommt man zweischalige Wände. Die Vorsatzschalen ergeben zusammen einen eigenen Raum, der innerhalb des Originalraumes steht und durch keinerlei starre Verbindungen mit der Grundsubstanz des Gebäudes verbunden wird.

Im konkreten Fall wurde für diesen inneren Raum eine biegeweiche Konstruktion mit Gipskartonplatten gewählt. Die tragende Funktion übernimmt ein Holzskelett (siehe Abbildung 6.1.1.1 ). Wie im Kapitel Zweischalige Wände in diesem Absatz dargelegt, ist die Kombination aus einer biegesteifen und biegeweichen Schale eine günstige Lösung, wenn die Koinzidenzgrenzfrequenzen richtig gewählt werden.

Die unterschiedlichen Original-Ziegelwände haben laut den Bauplänen eine Dicke von 15, 30 und 60cm. Nach Gleichung 4.2.2.b für die Biegesteifigkeit und Gleichung 4.2.2.e ergeben sich Koinzidenzfrequenzen von 156, 78 und 39 Hz. Sie erfüllen damit nur teilweise das Erfordernis einer Grenzfrequenz von unter 100Hz für biegesteife Wände.

Die innere Schale sollte bei möglichst hohem Gewicht so weich sein, dass die Grenzfrequenz über dem interessierenden Frequenzbereich liegt. Gewählt wurde daher eine 3lagige Beplankung mit 15mm Feuerschutz-Gipskartonplatten (GKF). Sie wurden punktförmig verschraubt. Das ergibt eine flächenbezogene Masse von etwa 40kg/m2 und eine Koinzidenzfrequenz von etwa 2100Hz. Es wurde für diese Berechnung die Biegesteifigkeit einer einzelnen solchen GK-Platte herangezogen, da sich durch die punktweise Verschraubung die Biegesteifigkeit mehrerer Lagen gegenüber einer einzelnen Platte kaum verändert (siehe Abbildung 4.2.2.4 ).

Abbildung 6.1.1.1: 3D Modell des tragenden Holzskelettes. Die Original-Bausubstanz ist transparent dargestellt.
Abbildung 6.1.1.1:

3D Modell des tragenden Holzskelettes. Die Original-Bausubstanz ist transparent dargestellt.

Die Decke der Schallschutzkonstruktion liegt auf den neu errichteten inneren Wänden auf. Die Maße der tragenden Holzkonstruktion wurden so gewählt, dass keine zusätzlichen Hängevorrichtungen von der originalen Decke notwendig sind, um die Statik zu gewährleisten. Das verhindert mögliche Körperschallübertragung auf die massearme Original-Holzdecke.

Die Maße der Raum-in-Raum Konstruktion wurden passgenau festgelegt. Die Abstände von den Originalwänden sind umgekehrt proportional zu der Dicke der Original-Ziegelmauern gewählt. An der rechten Seite vom Eingang aus gesehen und auch auf den Plänen rechts (siehe Abbildung 6.2 ) hat die Originalmauer eine Dicke von 60cm. Der Abstand zwischen der inneren und äußeren Wandfläche beträgt dort etwa 20cm. Bei den dünneren Außenmauern links und hinten, wurden Abstände von bis zu etwa 40cm gewählt, welche sich auch aufgrund der nicht parallelen Außenmauern ergeben. Der innere Raum hat einen rechteckigen Grundriss.

Die Höhe der Vorsatzschale beträgt etwa 380cm. Wobei der Innenraum in etwa 360cm hoch ist. Der entkoppelte Boden und die Beplankung der Decke ergeben die restlichen ~20cm. Der Abstand zwischen neuer und originaler Decke beträgt etwa 100cm. Die Resonanzfrequenz des zweischaligen Systems der Decke sollte damit nach Gleichung 4.2.3.c nicht weit über 10Hz liegen. Da die genaue flächenbezogene Masse der Original-Holzdecke nicht bekannt ist, wurde mit geschätzten Werten gerechnet. Die Annahme der wohl tief gegriffenen Masse von 30kg/m2 führt zu einem Ergebnis für die Resonanzfrequenz von 11,8Hz. Rechnet man mit 100kg/m2 ergeben sich 8,8Hz. Damit ist nach Gleichung 4.2.3.a ab etwa 14Hz eine verbesserte Schalldämmung des Direktweges in die darüber liegende Wohnung zu erwarten, mit einem Anstieg von etwa 18db pro Oktave (siehe Abbildung 4.2.3.2 ).

Ein weiterer Vorteil des großen Zwischenraums der beiden Deckenschalen war einerseits die Möglichkeit, die Beplankung oberhalb der tragenden Deckenbalken zu montieren. Tagelanges Über-Kopf-Arbeiten war damit hier nicht notwendig. Andererseits wurden auch die Kosten für das Material von etwa 1m mehr Wandhöhe eingespart.

Die genaue Höhe wurde mithilfe des im Kapitel Das perfekt diffuse Schallfeld und die Raummoden vorgestellten Java-Applets amroc ermittelt. Problematisch könnte danach der Frequenzbereich um die 97Hz werden. Wie in Abbildung 6.1.1.3 zu sehen, treffen sich die axialen Moden 0-0-2, 3-0-0 und die tangentiale Mode 3-3-0. Bei einer Raumhöhe von 355cm würden die beiden axialen Moden genau übereinander liegen. Mit Verringerung der Deckenhöhe wandern die Moden auseinander ( Abbildung 6.1.1.4 ). Mit diesem Wissen kann man einerseits davon ausgehen, dass es sinnvoll sein wird, bei dem Decken- und Fußbodenaufbau eher ein paar cm mehr, anstatt weniger einzuplanen. Andererseits weiß man, dass vermutlich der Bau von Absorbern in diesem Frequenzbereich notwendig werden wird.

Die Druckmaxima der 3-0-0 Mode befinden sich auf der Rück- und Vorderwand des Raumes, die Maxima der 0-0-2 Mode am Boden und an der Decke (siehe hierzu die näheren Erklärungen in der theoretischen Einführung). Zusätzlich hätte die 3-0-0 Mode auch zwei weitere Maxima, wie in folgender Abbildung zu sehen.

Abbildung 6.1.1.2: Die Druckverteilung der 3-0-0 Mode. (Schwarz = geringerer Druck)Oben und unten ist die vordere und hintere Wand vom Eingang aus betrachtet.[Screenshot des Raummoden Rechners http://amroc.andymel.eu]
Abbildung 6.1.1.2:

Die Druckverteilung der 3-0-0 Mode. (Schwarz = geringerer Druck)
Oben und unten ist die vordere und hintere Wand vom Eingang aus betrachtet.

Die Anbringung von Resonanzabsorbern an einer Kante vorne oder hinten bzw. wenn nötig auch in den anderen Druckbereichen der Mode wird gewährleisten, dass beide axialen Moden in ihrem Druckmaximum erreicht und die negativen Auswirkungen vermindert werden.

Abbildung 6.1.1.3: Die axialen Moden 3-0-0 und 0-0-2 liegen bei einer Raumhöhe von 355cm bei der selben Frequenz ~96,7Hz.[Screenshot des Raummoden Rechners http://amroc.andymel.eu]
Abbildung 6.1.1.3:

Die axialen Moden 3-0-0 und 0-0-2 liegen bei einer Raumhöhe von 355cm bei der selben Frequenz ~96,7Hz.

Abbildung 6.1.1.4: Wird die Raumhöhe niedriger gewählt, wird die Mode 0-0-2 tiefer. Die Moden verteilen sich besser.[Screenshot des Raummoden Rechners http://amroc.andymel.eu]
Abbildung 6.1.1.4:

Wird die Raumhöhe niedriger gewählt, wird die Mode 0-0-2 tiefer. Die Moden verteilen sich besser.

Entkopplung der Flankenwege

Die komplette Schallschutzkonstruktion steht auf einer federnden Zwischenschicht. Das verwendete Material ist Sylomer, ein Werkstoff der österreichischen Firma Getzner, welcher zur Lagerung von Bahntrassen, Maschinen oder auch ganzen Gebäuden verwendet wird. Das Elastomer ist in verschiedenen Härtegraden erhältlich. Die Auswahl des richtigen Materials kann durch die Datenblätter erfolgen, in welchen je nach Form des zugeschnittenen Elastomers und nach Gewicht der darauf gelagerten Masse die Resonanzfrequenz des späteren Feder-Masse-Systems abgelesen werden kann.

Abbildung 6.1.1.5: Lagerung der Wände auf Sylomer
Abbildung 6.1.1.5:

Lagerung der Wände auf Sylomer

Wie im Kapitel Zweischalige Bauteile erklärt, ist das Ziel eine möglichst tiefe Abstimmung dieses Systems. Die Masse soll hoch und die Feder weich sein. Das Material wird so gewählt, dass die erlaubte statische Dauerlast nicht überschritten, aber möglichst gut ausgenutzt wird. Vor der Entscheidung musste also die Last, die die einzelnen Bodenplatten der Wände ableiten, möglichst genau berechnet werden. Unter Zuhilfenahme von Tabellen für die Rohdichte der verwendeten Materialien und einer mit der Zeit ziemlich umfangreich gewordenen Tabellenkalkulation wurden diese Lasten in Newton pro mm² unter den einzelnen Wänden errechnet.

Abbildung 6.1.1.6: 3 Tabellen zur Berechnung der statischen Dauerlast der Vorsatzschale;links: die Berechnung der Flächen in mm²Mitte: Das Gewicht in kg. „ist“ ist das errechnete Gewicht von Holz, Gipskarton und Dämmwolle. „max“ wäre bei voller Ausnutzung der Zusatzlasten für die die Deckenbalken ausgelegt sind.rechts: Die Kraft in Newton/mm2 jeweils bei „ist“ und „max“ Gewicht. Die realen Werte liegen dazwischen.
Abbildung 6.1.1.6:

3 Tabellen zur Berechnung der statischen Dauerlast der Vorsatzschale;

links: die Berechnung der Flächen in mm²

Mitte: Das Gewicht in kg. „ist“ ist das errechnete Gewicht von Holz, Gipskarton und Dämmwolle. „max“ wäre bei voller Ausnutzung der Zusatzlasten für die die Deckenbalken ausgelegt sind.

rechts: Die Kraft in Newton/mm2 jeweils bei „ist“ und „max“ Gewicht. Die realen Werte liegen dazwischen.

Wie in der rechten Tabelle von Abbildung 6.1.1.6 zu erkennen, ist die Last unter den beiden Seitenwänden wesentlich größer, als jene unter der Vorder- und Rückwand. Das liegt daran, dass die beiden Seitenwände 90% des Gewichts der Decke abzuleiten haben.

Es kommen somit zwei verschieden steife Sylomer-Typen zur Anwendung. Einerseits das sogenannte Sylomer R, welches für eine statische Dauerlast bis 0,025N/mm2 ausgelegt ist. Andererseits das Sylomer SR18, ausgelegt für statische Dauerlasten bis 0,018 N/mm2. Die Dicke der beiden Elastomerschichten beträgt 25mm.

Wie in den Diagrammen der Abbildungen 55 und 56 abzulesen, werden so Eigenfrequenzen unter dem Hörbereich erreicht. Damit wird die Einleitung von Körperschall in die Grundsubstanz gedämpft und die Schallübertragung über diesen Flanken-/Nebenweg minimiert.

Eine sinnvolle Erweiterung dieses Systems, wäre die Entkopplung einer schweren Betonplatte durch Sylomer und ein Aufbau der kompletten Vorsatzschale auf dieser Platte. Diese Vorgangsweise wurde aber aus Kostengründen nicht gewählt.

Als Trittschallschutz wurde ein schwimmender Estrich verlegt. (siehe dazu auch das Kapitel 4.3, „Schutz vor Körperschallübertragung“, Seite 31).

Vorteil eines Trockenestriches gegenüber einer gegossenen, monolithischen Platte wäre die hohe Materialdämpfung, der relativ einfache Aufbau und die Tatsache, dass es keine Trocknungszeit gibt. Auch die Gefahr der Rissbildung bestünde nicht. Nachteil wäre die geringere Masse

Abbildung 6.1.1.7: Diagramm zur Ermittlung der erreichbaren Eigenfrequenz aus dem Datenblatt des Materials Sylomer R, ausgelegt für eine statische Dauerlast von 0,025N/mm2Es wird jedenfalls eine Pressung über 0,02N/mm2 erreicht. Damit liegt die Resonanzfrequenz auf jeden Fall unter 17Hz.[aus dem Datenblatt]
Abbildung 6.1.1.7:

Diagramm zur Ermittlung der erreichbaren Eigenfrequenz aus dem Datenblatt des Materials Sylomer R, ausgelegt für eine statische Dauerlast von 0,025N/mm2

Es wird jedenfalls eine Pressung über 0,02N/mm2 erreicht. Damit liegt die Resonanzfrequenz auf jeden Fall unter 17Hz.

[aus dem Datenblatt]
Abbildung 6.1.1.8: Das selbe Diagramm aus dem Datenblatt des Materials Sylomer SR18, ausgelegt für eine statische Dauerlast von 0,018N/mm2.Die Resonanz- frequenz liegt ebenfalls unter 17Hz.[aus dem Datenblatt]
Abbildung 6.1.1.8:

Das selbe Diagramm aus dem Datenblatt des Materials Sylomer SR18, ausgelegt für eine statische Dauerlast von 0,018N/mm2.

Die Resonanz- frequenz liegt ebenfalls unter 17Hz.

[aus dem Datenblatt]