Funktion und Gestaltung
Fugenlose Akustikdecken
Menschen verbringen die meiste Zeit ihres Lebens in Gebäuden. Deshalb kommt der Behaglichkeit in Räumen in Abhängigkeit von der jeweiligen Nutzung eine besondere Bedeutung zu und bei der Gestaltung von Räumen ist eine Vielzahl verschiedener Aspekte zu berücksichtigen. Bezogen auf die Ausbildung von Deckensystemen des Ausbaus sind die wesentlichen Kriterien die „Funktion“ und „Gestaltung“. Die ästhetische Wirkung von Decken ist ein wesentliches Kriterium der Raumgestaltung. Die Funktion resultiert aus der Konstruktion der Deckensysteme, der Oberflächenausbildung, deren Ein- und Anbindung in das Tragsystem, deren bauphysikalischer Anforderungen sowie additiver Einbauten oder Anbauten an Unterdecken. Der nachfolgende Beitrag befasst sich mit dem Stand der Entwicklungen von ebenen fugenlosen Akustikdecken.
Die heutigen Anforderungen hinsichtlich Schallschutz und Raumakustik führen zur Verwendung von Deckensystemen mit Fugen und Perforationen, z. B. gelocht oder geschlitzt, oder von fugenlosen Systemen mit profilierten Ansichtsflächen. Fugenlose Akustikdecken werden derzeit nur in Putzausführungen realisiert, wobei in mehreren Lagen spezielle Akustikputze in aufwendigen Verfahren aufgebracht werden. Hierbei entstehen raue Oberflächen, die je nach Herstellung beliebig ausfallen können. Eine Wartung bzw. Instandhaltung der Decke ist nicht möglich, da Reparaturarbeiten, beispielsweise aufgrund der nachträglichen Integration von Beleuchtung oder Revisionsöffnungen, sichtbar bleiben. Nachträgliche Farbbeschichtungen reduzieren die akustischen Eigenschaften dieser Putzdeckensysteme. Architekten, Nutzer und Investoren hingegen fordern fugenlose Ansichtsflächen, die eine individuelle Gestaltung des Raumes zulassen, das Gestaltungsziel nicht ungewollt beeinflussen und wirtschaftlich herzustellen sind. Die derzeit am Markt angebotenen Systeme können diese unterschiedlichen Anforderungen nicht erfüllen.
Raumakustisch wirksame Deckensysteme müssen eine schnelle Montage ermöglichen, vergleichbar geringe Kosten je m² erzielen und dabei die geforderten bauphysikalischen Anforderungen in Verbindung mit einer ebenen, fugenlosen Oberfläche erfüllen. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich solche Deckensysteme neben Neubauvorhaben bestens für die nachträgliche akustische Verbesserung der Raumqualität in bestehenden Gebäuden. Dies überlagert sich mit dem zunehmenden Bedürfnis nach raumakustischen Qualitäten, z. B. der Vermeidung von akustisch unbehaglicher „Halligkeit“, der Verbesserung der Nachhallzeiten und des Schallschutzes, und stellt daher die vorrangigen Märkte der Zukunft dar.
Grundlagen der Raumakustik
Durch die gezielte Beeinflussung des Reflexionsverhaltens der Oberflächen ist es möglich, in einem Raum einerseits die Lautstärke und andererseits die Halligkeit, ausgedrückt als Nachhallzeit, zu verändern. Eine möglichst große schallabsorbierende Oberfläche im Raum führt dabei zu einer geringeren Lautstärke und einer geringeren Halligkeit. Da laute, störende oder lange anhaltende Geräusche die Konzentrationsfähigkeit des Menschen reduzieren und langfristig gesundheitliche Folgen bewirken können, nimmt die akustische Behaglichkeit und damit einhergehend die akustische Planung von Innenräumen eine zunehmend wichtigere Rolle ein. Das Reflexionsverhalten von Oberflächen ist abhängig von der Beschaffenheit der Oberfläche und dem Aufbau der Unterkonstruktion und kann für unterschiedliche Schallfrequenzen sehr verschieden ausgeprägt sein. So gibt es beispielsweise Materialien, die bei hohen Frequenzen eine hohe Schallabsorption, also geringe Reflexion, aufweisen, die jedoch im tieffrequenten Bereich beinahe den gesamten Schall reflektieren.
Schallabsorber
Prinzipiell lassen sich Schallabsorber in zwei verschiedene Absorptionstypen unterscheiden. Masse-Feder-Systeme, die in Form von gelochten Plattenverkleidungen oder Mikroperforationen eingesetzt werden und offenporige Materialien, wie beispielsweise faserige Werkstoffe oder offenporige Schaumstoffe, die einen hohen inneren Strömungswiderstand aufweisen.
Die Abbildung auf S. 69 zeigt beispielhaft die frequenzabhängigen Absorptionsgrade für verschiedene Akustikdeckensysteme. Eine Gipskartonlochplatte mit unterschiedlich großem, dahinter liegendem Hohlraum weist einen glockenförmigen Verlauf des Schallabsorptionsgrades auf. Die Frequenz, bei der das Maximum an Absorption auftritt, ist dabei vom Wand- bzw. Deckenabstand abhängig. Durch die Addition eines offenporigen Akustikputzes wird ein gleichmäßigerer Absorptionsgrad über den Frequenzbereich erreicht, allerdings sinkt dabei auch das Maximum. Ein offenporiger Schaumkunststoff mit einer Dicke von 50 mm weist im Frequenzbereich ab 500 bis 1 000 Hz einen hohen Schallabsorptionsgrad auf, die Schallabsorption bei tiefen Frequenzen ist relativ gering.
Das technische Ziel der Entwicklung eines fugenlosen Akustikdeckensystems war ein möglichst gleichmäßiger Absorptionsgrad über ein breites Frequenzspektrum. Daher wurden bei der Konzeptentwicklung vor allem Aufbauten angedacht, die, ähnlich wie eine Gipskartonplatte mit Akustikputz, aus einer Kombination aus einem Plattenabsorber und einem offenporigen, faserigen oder schaumstoffartigen Material bestehen.
Stand der Technik
Das weite Feld der Deckensysteme lässt sich in drei Typologien von raumakustisch wirksamen Systemen gliedern. Dabei wird in erster Linie nach den optischen Eigenschaften der Systeme unterschieden, da diese bei der Auswahl eines Systems oftmals eine entscheidende Rolle spielen.
(1) Akustikdecken-Systeme mit Fugen
Metallkassettendecken mit Lochung
Metall-Paneeldecken mit Lochung
Mineralfaserdecken
Gipskarton-Moduldecken mit Lochung
(2) Fugenlose Akustikdecken mit profilierter Ansichtsfläche
Gipskarton-Lochplatten mit Akustikputz-beschichtung
Akustiktapeten
(3) Fugenlose Akustikdecken mit glatter Ansichtsfläche
Blähglasgranulat mit Akustikbeschichtung
Membranen mit Mikroperforation Stoff-Akustikdecken
Die Systeme (1) und (2) weisen entweder Öffnungen (Lochungen) oder eine hohe Rauhigkeit der Oberfläche auf. Diese Form der Akustikdecken ist gestalterisch und technologisch unbefriedigend, da Rasterungen oder Lochbilder vielfach unerwünscht sind. Der Wunsch nach einer einheitlichen glatten und fugenlosen Akustikdecke wird mit diesen Systemen nicht erfüllt. Fugenlose Systeme (3) sind gewünscht, wenn architektonische und gestalterische Anforderungen, vor allem bei komplexen Geometrien, umgesetzt werden sollen. Diese bieten Architekten nahezu vollständige Gestaltungsfreiheit. Bauherren haben den Vorteil, dass es nicht zu den bekannten Verschmutzungen im Bereich der Öffnungen kommt, die durch Konvektionsströme der Raumluft hervorgerufen werden. Die am Markt existieren Systeme weisen hohe Sensibilitäten bei der Verarbeitung auf.
Die oben genannten Hauptgruppen unterscheiden sich nicht nur in der Erscheinung (Gestaltung) und ihren konstruktiven Eigenschaften, sondern weisen auch wesentliche Unterschiede hinsichtlich Verarbeitungszeit und Kosten je Mengeneinheit auf.
Anforderungen
Die wesentlichen bauphysikalischen Anforderungen für ein fugenloses Akustikdeckensystem sind im Bereich der Raumakustik ein hoher Absorptionsgrad in einem möglichst breiten Frequenzbereich. Der Schallabsorptionsgrad sollte sowohl bei 500 Hz als auch bei 1 000 Hz immer einen Mindestwert von 65 % erreichen. Dieser Absorptionsgrad ist erforderlich, damit das Deckensystem gegenüber vorhandenen Systemen konkurrenzfähig ist. Im Hinblick auf die Bauakustik sollte eine Verbesserung der Luftschalldämmung des Deckensystems in Verbindung mit der Rohdecke und eine Reduzierung des Trittschallpegels erfolgen. Die raumakustische Bedämpfung soll neben der reinen Oberflächenabsorption auch durch die akustischen Eigenschaften des Gesamtdeckensystems, das auch die Unterkonstruktion umfasst, erzeugt werden. Dies findet bei heutigen Deckensystemen keine Berücksichtigung. Ein Vorteil der Kombination von Oberflächenabsorption und Gesamtflächenbedämpfung ist die Abdeckung eines sehr breiten Frequenzspektrums.
Systemaufbau
Um ein fugenloses Akustikdeckensystem zu erstellen, sind prinzipiell verschiedene Möglichkeiten denkbar:
- Vorkonfektionierte Plattenwerkstoffe, mit visuell nicht wahrnehmbarer mechanischer Fugenausbildung, z. B. in Analogie zu Click-Systemen bei Laminat-Fußbodenbelägen, oder mit nachträglichem Fugenverschluss durch Spachtelung oder „Tapen“
Der Aufbau von fugenlosen Akustikdecken besteht aus einer Unterkonstruktion und einem platten- bzw. membranförmigen Raumabschluss des Deckensystems. Die Unterkonstruktionen sollten an jeder beliebigen Rohdecke befestigt werden können. Sie selbst weist dämpfungsaktive Eigenschaften auf und kann dadurch Schallenergie dissipieren. Vor allem im Bereich der Tieffrequenzanregung ist eine Dämpfung der Unterkonstruktion erforderlich. Weiterhin verbessert eine dämpfende Unterkonstruktion auch die akus-tische Wirksamkeit des Unterdeckensystems im Hinblick auf eine Luftschall- und Trittschallbeanspruchung über die Rohdecke. Vorteilhaft sind Systemaufbauten, bei denen sowohl die Unterkonstruktion als auch die tragenden Plattenschichten marktübliche Standardkomponenten, wie etwa Gipskartonlochplatten, sind. Dadurch kann für die spätere Anwendung eine höhere Akzeptanz bei verarbeitenden Betrieben erreicht werden. Ein weiteres Kriterium bei der Auswahl der Systemkomponenten ist die Möglichkeit, komplexe Geometrien umsetzen zu können. Bei Gipskartonplatten als Trägerplatten sind aufgrund der einfachen Bearbeitung Decken in beinahe beliebigen Geometrien herstellbar. Gekrümmte Flächen sind dabei durch die Verwendung von vorgeformten Elementen oder dünnen Gipskartonplatten möglich.
Systemkonzepte und Untersuchungen
Im Rahmen der Untersuchungen wurde ermittelt, inwiefern ein System aus Gipskartonlochplatten in Kombination mit einem dünnen Akustikputz weiterentwickelt werden kann, indem der Akustikputz mit dem Spritzverfahren möglichst dünn und in einem Arbeitsgang aufgebracht wird. Das gespritzte System wies aufgrund der sehr dünnen Putzschicht eine geringe Festigkeit auf, die leicht zu Abplatzungen des Putzes führen kann. Zudem bleibt die Körnung auch bei 0,5 mm Korndurchmesser immer noch sichtbar. Eine weitere Reduzierung des Korndurchmessers führt zu einem Verschließen der Luftporen, so dass die Offenporigkeit und die akustische Wirksamkeit reduziert werden.
Eine Idee, die jedoch bisher nicht technisch umgesetzt wurde, ist die Erstellung eines porösen Plattenwerkstoffs, der beidseitig mit Karton ummantelt ist. Dabei könnte der Kern der Platte aus einem körnigen Material, strukturell ähnlich wie z.B. Perlite, und einer Gipsmatrix bestehen, die die Körner fixiert. Die Ummantelung aus Karton erhält eine kleine Lochung oder Mikroperforation, um die Schalldurchlässigkeit zu gewährleisten. Die Herstellung eines solchen Plattenwerkstoffs könnte ähnlich der Herstellung von Gipskartonplatten erfolgen. Die Lochung bzw. Mikroperforation des Kartons könnte bereits vor dem Zusammenfügen der Platten erstellt werden, sofern die Korn-Gips-Matrix genügend steif hergestellt werden kann. Eine Perforation der fertigen Platten mit Hilfe einer Nagelwalze ist ebenfalls denkbar.
Als raumakustisch wirksame Deckschicht eignen sich neben Membranen auch feinporige, offenzellige Weichschaumplatten, deren Poren klein genug sind, um vom Auge aus einiger Entfernung nicht wahrgenommen zu werden. Im Rahmen von akustischen Messungen wurde ein Systemaufbau untersucht, der aus einer Gipskartonplatte und einer aufgeklebten Melaminharzschaumplatte besteht. Dabei wurden sowohl gelochte Gipskartonplatten in Verbindung mit Vliesschichten als auch ungelochte Platten verwendet. An den Stoßflächen werden die Fugen der Weichschaumplatten durch leichte Kompression optisch geschlossen. Sie sind aus einer Distanz von mehr als 50 cm nicht mehr wahrnehmbar. Mit einem im Spritzverfahren aufgetragenen Farbstoff werden diese eingefärbt, um produktionsbedingte Farbunterschiede auszugleichen oder zu kaschieren.
Messungen
Durch die Variation der Melaminharzschaumschichtdicke, die Änderung des Deckenabstands und den Einsatz von gelochten oder ungelochten Gipskartonplatten verändern sich die akustischen Eigenschaften des Systems. Die Ergebnisse von Messungen im Kundt‘schen Rohr (Impedanzrohr) zeigen, dass das Absorptionsvermögen der verschiedenen Schichtaufbauten im hochfrequenten Bereich ab etwa 1 000 Hz im Wesentlichen durch die Dicke der Melaminharzschaumschicht beeinflusst wird. Eine größere Dicke bewirkt dabei einen höheren Absorptionsgrad bei niedrigen Frequenzen.
Der Absorptionsgrad im tieffrequenten Bereich wird durch mehrere Faktoren beeinflusst. Bei Verwendung von ungelochten Gipskartonplatten ist nur ein geringes Schallabsorptionsvermögen zu beobachten. Dies liegt unter anderem daran, dass die Platten an den Rändern im Versuchsaufbau (Impedanzrohr) starr gelagert sind und aufgrund ihrer geringen Abmessungen eine sehr hohe Steifigkeit aufweisen.
Bei Verwendung von gelochten Gipskartonplatten in Kombination mit Melaminharzschaum ist zu beobachten, dass sich deren typische Absorptionsbild mit einer glockenförmigen Verteilung mit dem hohen Schallabsorptionsgrad des Melaminharzschaums bei hohen Frequenzen überlagert. Es stellt sich ein hohes Schallabsorptionsvermögen von über 50 % ab etwa 100 Hz ein.
Falls die Gipskartonlochplatten, wie bei anderen Akustikdecken üblich, mit einer Vlieskaschierung bekleidet sind, vermindert sich der Schallabsorptionsgrad im tieffrequenten Bereich deutlich, da die Luftströmung in den Lochungen zu stark behindert wird. Die Messungen an Prüfkörpern zeigen, dass auch die Verklebung zwischen Gipskartonlochplatten und Melaminharzschaum einen Einfluss auf das Schallabsorptionsvermögen des Deckensystems hat. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Melaminharzschaum in diesem Fall auch im Bereich der Lochung der Gipskartonplatten Klebstoff erhält. Bei einem Klebstoffauftrag auf die Gipskartonplatten ist dies nicht der Fall. Der Einfluss des Klebers ist in der Grafik links oben zu erkennen.
Ergebnis
Um den Schallabsorptionsgrad des Deckensystems in einem realen Raum zu überprüfen, wurde das System aus Gipskartonlochplatte und 50 mm Melaminharzschaum mit Klebstoffauftrag auf dem Schaum in einem Hallraum gemessen. Dabei wurden verschieden Abstände des Deckensystems zur Decke überprüft. Die Messergebnisse zeigen, dass der Deckenabstand den Schallabsorptionsgrad im Bereich zwischen 100 Hz und 250 Hz beeinflusst. Eine Vergrößerung auf bis zu 150 mm bewirkt dabei einen steigenden Schallabsorptionsgrad, eine weitere Erhöhung des Deckenabstands führt nicht zu einer weiteren Verbesserung.
Das Deckensystem kombiniert die Vorteile von gelochten Plattenabsorbern im tieffrequenten Bereich mit dem hohen Schallabsorptionsgrad von porösen Absorbern im hochfrequenten Bereich. Dadurch kann oberhalb von 100 Hz durchgehend ein Absorptionsgrad über 50 % erreicht werden, oberhalb von 250 Hz liegt er sogar über 80 %. Der bewertete Schallabsorptionsgrad liegt bei über 0,9 und führt zu einer Einstufung in die höchste Absorberklasse. Aufgrund des guten Absorptionsverhaltens in allen Frequenzbereichen ist das Deckensystem für vielfältige Anwendungen und Anforderungen, beispielsweise Klassen- oder Konferenzräume, geeignet. Dabei können neben ebenen Decken auch geschwungene Elemente umgesetzt werden. Hierzu kann in Teilbereichen auf ungelochte, vorgeformte Gipskartonelemente zurückgegriffen werden, da gelochte Platten bisher nur in ebener Form verfügbar sind.
