Reflexion und Nachhall

Die Reflexion beschreibt das Verhalten einer Schallwelle, wenn sie auf ein Hindernis trifft und von dessen
Oberfläche zurückgeworfen – reflektiert – wird. Bei glatten Oberflächen kann das Reflexionsgesetz angewendet werden. Als glatt gilt eine Oberfläche dann, wenn ihre Struktur im Verhältnis zur Frequenz (Wellenlänge) der Schallwelle glatt ist. Ein Beispiel für Schallwellen im menschlichen Hörbereich sind Glasflächen wie z.B. Fenster.

Die Hauptursache für Klangverfälschungen in einem geschlossenen Raum sind Reflexionen.

Das Reflexionsgesetz:

• Der einfallende Strahl, das Einfallslot und der reflektierte Strahl liegen auf einer Ebene.
• Der Einfallswinkel ist genauso gross wie der Reflexionswinkel α = β.

Bei Schallwellen im menschlichen Hörbereich (20 Hz bis 20 kHz) kann in der Praxis davon ausgegangen werden, dass für optisch glatte Flächen das Reflexionsgesetz mit der Regel "Einfallswinkel = Ausfallswinkel" angewendet werden kann. Von grösserer Bedeutung ist die Reflexion der Schallwelle innerhalb von Räumen oder Gebäuden. Hier wird die Schallwelle gegebenenfalls mehrfach von den Decken und Wänden reflektiert, bis sie das menschliche Ohr erreicht. Durch die unterschiedlichen Wegstrecken der Schallwelle ergeben sich auch unterschiedliche Laufzeiten und es entsteht ein Nachhall. Bei grossen Laufzeitunterschieden der Schallwelle kann der Nachhall sogar als Echo wahrgenommen werden.

Bei rauen Oberflächen und Kanten wird die Strahlung diffus zurückgestreut. Je rauer eine Oberfläche ist, desto diffuser wird der Schall gestreut. Zusätzlich spielt auch die Beschaffenheit und Materialart eine Rolle. Bei weichen Materialien werden Schallwellen mehr absorbiert. Der grösste Anteil der reflektierten Schallwellen wird – unabhängig von der Materialart und Einstrahlrichtung – von der Oberfläche senkrecht zurückgeworfen.

Bedeutung für die subjektive akustische Wahrnehmung eines bestimmten Geräusches (z.B. Sprache):

• Der prozentuale Anteil der direkten Reflexionen am gesamten Schallpegel in der Umgebung
• Die Laufzeitunterschiede der Reflexionen und deren Anteil am Gesamtschallpegel
• Die Intensität und räumliche sowie zeitliche Verteilung (Nachhallzeit) des Nachhalls und dessen Anteil am Gesamtschallpegel

Nachhall

Als Nachhall wird die kontinuierliche Reflexion von Schallwellen (Schallreflexionen) in einem geschlossenen Raum oder in einem natürlich begrenzten Bereich bezeichnet. Nachhall entsteht beispielsweise in grösseren (leeren) Räumen oder Gebäuden wie z.B. Kirchen, Räumen mit hohem Anteil an Fliesen und Keramik sowie in Höhlen. Die Verständlichkeit der Sprache bzw. des ursprünglichen Schallsignals kann durch den Nachhall erheblich beeinträchtigt werden.

Nachhallzeit

Als Nachhallzeit wird die Zeit nach Abschalten der Schallquelle, in welcher der Schalldruckpegel um 60 dB reduziert wird, bezeichnet.

Nachhallzeit in Räumen

In geschlossenen Räumen entsteht durch die Reflexion der Schallwellen an den Wänden und der Decke ein Nachhall. Die Schallwellen, die auf indirektem Weg das Ohr erreichen, haben gegenüber der direkten Schallübertragung eine zeitliche Verzögerung. Das Verhältnis zwischen dem direkten und indirekten Schall wird als Hörsamkeit bezeichnet. Die Hörsamkeit eines Raumes ist dann besonders gut, wenn kein indirekter Schall entsteht und möglichst viel direkter Schall das Ohr erreicht.

Zur Berechnung der Nachhallzeit wird der Absorptionsgrad der Materialen benötigt, die in dem zu berechnenden Raum verwendet worden sind. Die Nachhallzeit wird in der Einheit "m2 o.F." angegeben. Die Abkürzung "o.F." steht für "offenes Fenster", das den Schall optimal absorbiert. Der Absorptionsgrad α (alpha) dieser "offenen Fensterfläche" hat den Wert 1. Alle anderen Materialen werden in Bezug auf diesen Wert eingestuft und erreichen einen Absorptionsgrad der kleiner ist als der Absolutwert 1. Je kleiner der Absorptionsgrad eines Materials ist, umso heftiger wird die Schallwelle reflektiert. Der Absorptionsgrad und somit auch die daraus zu berechnende Nachhallzeit sind frequenzabhängig. Die nachfolgende Tabelle bietet eine Übersicht zum Absorptionsgrad verschiedener Materialien bei einer Frequenz von 1 kHz, wie sie in Räumen oder Gebäuden vorkommen.

Illustrationen: Mara Berger / #moktokillustration / www.moktok.ch