Schallabsorptionsgrad: α, αs, αp und αw richtig lesen

Der Schallabsorptionsgrad α ist das Verhältnis der nicht reflektierten zur auftreffenden Schallenergie. Ein Wert von 0 bedeutet vollständige Reflexion, ein Wert von 1 bedeutet, dass die gesamte auftreffende Energie nicht zurückkommt, also absorbiert oder durchgelassen wird. α ist frequenzabhängig: Dasselbe Material absorbiert tiefe und hohe Töne meist sehr unterschiedlich. Genau deshalb wird in Terzbändern gemessen.

Wichtig ist die Unterscheidung zwischen zwei Definitionsfamilien. Der geometrische oder winkelabhängige Absorptionsgrad bezieht sich auf eine ebene Welle, die unter einem bestimmten Winkel auf eine Fläche trifft. Er ist immer kleiner als 1,0 und lässt sich als Prozent ausdrücken. Der in Produktdatenblättern angegebene Wert ist dagegen fast immer der Sabine-Absorptionsgrad αs aus dem Hallraum. ISO 354:2003 definiert αs als Sabine-Absorptionsgrad aus der Nachhallzeitdifferenz und weist ausdrücklich darauf hin, dass αs wegen Beugung an den Probenkanten Werte größer als 1,0 annehmen kann.

Die wichtigsten Größen im Überblick: αs ist der pro Terzband gemessene Sabine-Absorptionsgrad nach ISO 354. αp ist der praktische Absorptionsgrad, der nach ISO 11654 aus je drei Terzwerten zu einem Oktavwert gemittelt wird. αw ist der bewertete Schallabsorptionsgrad, eine einzige frequenzunabhängige Zahl. Daneben existieren die nordamerikanischen Einzahlwerte NRC und SAA nach ASTM C423. Diese Größen folgen unterschiedlichen Mittelungs- und Bewertungsverfahren, sind also nicht direkt ineinander umrechenbar. Genau hier entstehen die meisten Missverständnisse beim Produktvergleich.

αs wird im Hallraum bestimmt. Das Prinzip nach ISO 354:2003 ist einfach: Man misst die mittlere Nachhallzeit des Raums einmal leer und einmal mit eingebauter Probe. Aus der Differenz der reziproken Nachhallzeiten folgt über die Sabine-Gleichung die äquivalente Absorptionsfläche der Probe AT, geteilt durch die belegte Fläche S ergibt das den Absorptionsgrad αs = AT / S.

Die äquivalente Absorptionsfläche berechnet sich nach Sabine zu A = 0,161 · V / T (metrisch, mit V in m³ und T in s). Physikalisch exakter geschrieben ist A = 55,3 · V / (c · T), wobei c die Schallgeschwindigkeit ist; bei rund 20 °C und c rund 343 m/s ergeben sich daraus die 0,161. ISO 354 verlangt zusätzlich eine Korrektur der Luftabsorption über den Term 4mV, die vor allem bei hohen Frequenzen und niedriger Luftfeuchte spürbar ist. Deshalb schreibt die Norm ein Klima mit relativer Luftfeuchte zwischen 30 und 90 Prozent und Temperatur ab 15 °C vor.

Die Randbedingungen sind streng, weil das Verfahren ein diffuses Schallfeld voraussetzt. Der Hallraum muss mindestens 150 m³ groß sein, für Neubauten werden mindestens 200 m³ empfohlen. Die Probe einer ebenen Belegung soll zwischen 10 m² und 12 m² groß sein, rechteckig mit einem Breiten-zu-Längen-Verhältnis zwischen 0,7 und 1. Gemessen wird in Terzbändern von 100 Hz bis 5000 Hz nach ISO 266, mit mindestens 36 ausgewerteten Abklingvorgängen.

Die Montage gehört untrennbar zum Messwert. ISO 354 regelt im normativen Anhang B mehrere Montagearten. Typ A meint die Montage direkt an der Raumfläche, Typ J die freihängenden Einheiten und Schallbaffeln; daneben gibt es Montagen mit definiertem Hohlraum hinter der Probe und mit umlaufendem Rahmen. Ein Lochplattenabsorber oder eine Akustikdecke gewinnt mit 200 mm Hohlraum tief deutlich mehr Absorption als direkt an der Wand. Die Montage und der Hohlraum hinter dem Absorber gehören deshalb immer zum Messwert; übliche Prüf-Hohlräume liegen bei 200 mm in der ISO-Praxis und bei 400 mm in der ASTM-Praxis. Ein αs-Wert ohne Angabe der Montage ist praktisch wertlos, weil sich derselbe Stoff je nach Aufbau um Klassen unterscheiden kann.

ISO 11654:1997 verdichtet die Messkurve in zwei Schritten. Zuerst entsteht aus den Terzwerten der praktische Absorptionsgrad αp: Für jedes Oktavband wird das arithmetische Mittel der drei darin liegenden Terzwerte gebildet. Das Ergebnis wird in Stufen von 0,05 gerundet und für Mittelwerte über 1,00 auf αp = 1,00 begrenzt. αp wird üblicherweise für die Oktavbänder 125, 250, 500, 1000, 2000 und 4000 Hz angegeben.

Aus den αp-Werten folgt im zweiten Schritt der bewertete Absorptionsgrad αw. Dazu wird eine genormte Bezugskurve über die Oktavbänder 250, 500, 1000, 2000 und 4000 Hz verwendet. Die Bezugskurve hat die Werte 0,40 bei 250 Hz, 0,60 bei 500, 1000 und 2000 Hz sowie 0,50 bei 4000 Hz.

Die Bezugskurve wird in Schritten von 0,05 so weit auf die Messkurve zubewegt, bis die Summe der ungünstigen Abweichungen kleiner oder gleich 0,10 ist. Eine ungünstige Abweichung liegt vor, wenn der gemessene Wert unter der Bezugskurve liegt; nur diese werden gezählt. Der αw ist dann definiert als der Wert der verschobenen Bezugskurve bei 500 Hz. αw ist damit immer ein Vielfaches von 0,05.

Diese 500-Hz-Ablesung ist der Kern der Kritik an der Einzahl: αw kondensiert eine ganze Kurve auf einen einzigen Stützpunkt im mittleren Frequenzbereich. Zwei Produkte mit identischem αw können bei 125 Hz oder bei 4000 Hz weit auseinanderliegen. ISO 11654 weist im Anwendungsbereich darauf hin, dass der Einzahlwert die vollständige Kurve nicht ersetzt und für eine genauere Beurteilung die vollständigen frequenzabhängigen Daten heranzuziehen sind. Außerdem gilt die Bewertung erst ab dem 250-Hz-Oktavband; alles darunter bildet αw überhaupt nicht ab.

Um die wichtigste verlorene Information teilweise zurückzuholen, kennt ISO 11654 die Formindikatoren L, M und H. Sie werden in Klammern hinter den αw-Wert gesetzt, etwa αw = 0,70 (MH). Ein Indikator wird vergeben, wenn der praktische Absorptionsgrad αp die verschobene Bezugskurve an mindestens einem Punkt um 0,25 oder mehr übertrifft.

Die Zuordnung ist klar geregelt: Tritt der Überschuss bei 250 Hz auf, lautet der Indikator L (low, tiefe Frequenzen). Bei 500 Hz oder 1000 Hz steht M (medium, mittlere Frequenzen). Bei 2000 Hz oder 4000 Hz steht H (high, hohe Frequenzen). Negative Abweichungen lösen keinen Indikator aus; sie sind im Verschiebeverfahren bereits über die 0,10-Grenze abgefangen.

Praktisch ist ein Formindikator ein Warnschild der Norm an den Planer: Hier gibt es eine ausgeprägte Stärke außerhalb des Mittelbereichs, die der nackte αw-Wert verschluckt. Bei vorhandenem Indikator ist die vollständige Absorptionskurve heranzuziehen, was dem Sinn der Norm entspricht. Ein L-Indikator etwa kann einen ansonsten mittelmäßigen αw-Wert für einen Raum mit Tieftonproblem deutlich interessanter machen, als die Klasse vermuten lässt.

Anhang B von ISO 11654 ordnet jedem αw-Wert eine Absorberklasse zu. Dieser Anhang ist informativ, also keine zwingende Normfestlegung, hat sich aber als Marketing- und Ausschreibungssprache durchgesetzt. Klasse A steht für die höchste Absorption.

Die Grenzen lauten: Klasse A umfasst αw von 0,90 bis 1,00 (also 0,90, 0,95, 1,00). Klasse B umfasst 0,80 und 0,85. Klasse C umfasst 0,60 bis 0,75 (0,60, 0,65, 0,70, 0,75). Klasse D umfasst 0,30 bis 0,55. Klasse E umfasst 0,15, 0,20 und 0,25. Werte von 0,00 bis 0,10 sind nicht klassifiziert.

Hier liegt das größte Missverständnis im Markt: Eine Klasse fasst eine Spanne von αw-Werten zusammen, und jeder dieser Werte verbirgt wiederum eine ganze Kurve. Klasse C reicht von 0,60 bis 0,75; zwei Klasse-C-Produkte können sich also schon im αw um 0,15 unterscheiden. Selbst bei exakt gleichem αw = 0,90 (beide Klasse A) können sich die Frequenzgänge stark unterscheiden. Das eine Produkt glänzt bei 2000 bis 4000 Hz und versagt unter 250 Hz, das andere ist breitbandig ausgewogen. Auf dem Datenblatt steht in beiden Fällen nur Klasse A. Die Klasse beantwortet die Frage nach der Gesamtmenge an Absorption. In welchem Frequenzbereich diese Absorption liegt, sagt sie nicht.

In Nordamerika wird nach ASTM C423 gemessen und mit anderen Einzahlwerten bewertet. Der NRC (Noise Reduction Coefficient) ist das arithmetische Mittel der Absorptionsgrade bei 250, 500, 1000 und 2000 Hz, gerundet auf das nächste Vielfache von 0,05. Der SAA (Sound Absorption Average) ist das Mittel der zwölf Terzbänder von 200 Hz bis 2500 Hz, gerundet auf 0,01, und damit feiner aufgelöst als der NRC.

Der methodische Unterschied zu αw ist grundlegend. NRC und SAA sind reine Mittelwerte über einen festen Frequenzbereich. αw entsteht über das Verschieben einer Bezugskurve und die 500-Hz-Ablesung, gewichtet also implizit anders und bestraft Einbrüche unter der Kurve. Deshalb stimmen NRC und αw oft nicht überein. Bei Materialien mit ausgeprägter Hochtonabsorption liegt der NRC oder SAA tendenziell höher als αw, weil die Mittelung die hohen Bänder voll mitzählt, während die Bezugskurve sie schwächer wichtet. Genau in solchen Fällen vergibt ISO 11654 typischerweise einen H-Formindikator. Die Richtung dieser Abweichung ist gut belegt, ihre Größe hängt vom Einzelprodukt ab.

Für den Vergleich heißt das: NRC, SAA und αw lassen sich nicht direkt ineinander umrechnen. Wer ein nordamerikanisches Produkt mit einem europäischen vergleicht, sollte beide auf die gemeinsame Basis zurückführen, also auf die Terz- oder Oktavkurve. Eine seriöse Datenplattform stellt deshalb die rohe αs-Kurve in den Vordergrund und leitet die Einzahlwerte transparent daraus ab, statt unvergleichbare Labels nebeneinanderzustellen.

In Datenblättern stehen für αs gelegentlich Werte wie 1,05 oder 1,15. Das verletzt nicht den Energieerhaltungssatz. Es ist ein bekanntes Artefakt der Hallraummessung. ISO 354 nennt diesen Effekt ausdrücklich: αs kann wegen Beugungseffekten Werte größer als 1,0 annehmen.

Ursache ist der Kanteneffekt. Eine endlich große Probe von 10 bis 12 m² hat freie Ränder, an denen der Schall in die Probe hineingebeugt wird. Cox und D'Antonio (Acoustic Absorbers and Diffusers) erklären dies mit der Impedanzdiskontinuität an den Probenkanten: Die effektiv absorbierende Fläche ist größer als die geometrische Fläche S, die im Nenner von αs = AT / S steht. Typischerweise kann sich eine stark absorbierende Probe akustisch wie eine etwas größere Fläche verhalten, woraus rechnerisch Werte über 1,0 entstehen, beispielsweise um 1,08 bis 1,17. Diese Spanne ist ein Rechenbeispiel und kein Normwert, da der Effekt von Material, Geometrie und Hallraum abhängt.

Der Effekt wächst mit dem Verhältnis von Randlänge zu Fläche und mit der Absorptionsstärke des Materials. Kleine oder schmale Proben, hoch absorbierende Schäume und Freihänger zeigen ihn besonders deutlich. Praktisch bedeutet ein αs über 1,0 zweierlei: Erstens ist das Material tatsächlich sehr stark absorbierend. Zweitens ist der Zahlenwert mit Vorsicht zu genießen, weil er von Probengeometrie und Hallraum abhängt und sich nicht eins zu eins auf eine vollflächige Belegung im realen Raum übertragen lässt. Für die αp- und αw-Bildung kappt ISO 11654 solche Werte ohnehin bei 1,00.

Die Auswahl beginnt mit der Frage, welches akustische Problem im Raum gelöst werden soll. Ein Sprachraum nach DIN 18041 (Raumgruppe A, Nutzungsart Sprache) braucht vor allem gleichmäßige Absorption im Sprachbereich 250 bis 4000 Hz. Ein Tonstudio oder ein Raum mit dröhnendem Bass braucht Tieftonabsorption unter 250 Hz, also genau dort, wo αw und die Klassen blind sind. In diesem Fall sind ein L-Formindikator oder die αp-Werte bei 125 Hz wichtiger als die Klasse.

Drei Angaben gehören deshalb immer zusammengelesen: erstens die frequenzaufgelöste Kurve (αs je Terzband oder αp je Oktavband), zweitens die Montage und Konstruktionstiefe, drittens die Messquelle samt Norm. Ohne Montage ist die Kurve nicht reproduzierbar, ohne Prüfbericht ist die Herkunft unklar. Die Einzahl αw und die Klasse sind nützlich für die grobe Vorauswahl und für Ausschreibungstexte. Als alleinige Entscheidungsgrundlage taugen sie nicht.

Hier setzt der eigentliche Mehrwert einer neutralen Datenplattform an. Wenn man die αs-Kurven vieler Hersteller über dieselben Terzbänder nebeneinanderlegt, wird sofort sichtbar, dass die Klasse A eine ganze Familie sehr verschiedener Frequenzgänge umfasst. Ein Vergleich auf Kurvenebene, gefiltert nach Montage und Frequenzschwerpunkt, korrigiert den irreführenden Eindruck, alle Klasse-A-Produkte seien gleich. Wer plant, sollte nach der Form der Kurve auswählen, die zum Raum passt, und die Klasse nur als groben Mengenindikator behandeln.