Akustische Leckagemessung an der Gebäudehülle

Wie lässt sich mit Schall feststellen, wo eine Gebäudehülle undicht ist — und was nützt das der Tieftonplanung?

Wer wissen will, wo eine Gebäudehülle undicht ist, kennt in der Regel ein Verfahren: das Gebläse in der Haustür. Es gibt ein zweites, das mit Schall statt mit Überdruck arbeitet. Ein Lautsprecher regt die eine Seite der Hülle an, Mikrofone hören auf der anderen Seite mit, und eine Fehlstelle gibt deutlich mehr Schall weiter als die geschlossene Fläche daneben. Daraus wird beides: die Stelle und ihre Größe.

Für die Heimkinoplanung ist das die naheliegende Anschlussfrage an die Dichtheit des Raums. Dort steht, warum ein Blower-Door-Ergebnis die akustische Frage nicht beantwortet. Hier steht, welches Verfahren sie beantwortet — und wo auch dieses aufhört.

Wenn Du im Nachbarzimmer Musik hörst, obwohl die Tür zu ist, kommt der Ton meistens durch einen Spalt und kaum durch die Wand: unter der Tür, an der Steckdose, am Fensterrahmen. Genau das nutzt dieses Messverfahren aus. Man stellt einen Lautsprecher auf die eine Seite und geht mit einem Mikrofon die andere Seite ab. Wo es plötzlich lauter wird, ist ein Loch. Das findet Stellen, die man mit dem Auge nicht sieht, und es sagt zusätzlich, wie groß die Fehlstelle ungefähr ist.

Wie das Verfahren arbeitet

Der Grundgedanke ist derselbe wie beim Abhören einer Wand. Eine geschlossene, schwere Fläche dämmt viel; eine kleine Öffnung dämmt fast nichts und lässt den Schall nahezu ungehindert durch. Der Unterschied zwischen beiden ist groß genug, dass eine Fehlstelle im Messsignal aus ihrer Umgebung heraussticht — das ist derselbe Zusammenhang, der bei der Schalldämmung beschreibt, wie eine kleine Öffnung eine große, gute Fläche untergräbt.

Aus diesem Unterschied ziehen die Verfahren zwei verschiedene Ergebnisse:

Ortung. Ein Mikrofon oder eine Anordnung mehrerer Mikrofone tastet die Hülle ab. Wo der Pegel steigt, liegt ein Leckageweg. Mehrere Mikrofone mit bekanntem Abstand erlauben zusätzlich, die Richtung einzugrenzen, aus der der Schall kommt, und damit die Stelle zu bestimmen, ohne sie abzugehen.

Bezifferung. Aus dem gemessenen Pegelunterschied wird über eine Kalibrierung auf eine äquivalente Öffnungsfläche oder eine Luftdurchlässigkeit zurückgerechnet. Diese Rückrechnung ist der heikle Teil, denn sie verknüpft eine akustische mit einer strömungstechnischen Größe.

Der entscheidende praktische Unterschied zur Blower-Door: Die Hülle steht nicht unter Druck. Es muss kein Gebläse eingebaut, kein Gebäude abgeschottet und keine Öffnung provisorisch verschlossen werden. Bei einem bewohnten Haus oder einem einzelnen Raum innerhalb eines Gebäudes ist das der Unterschied zwischen machbar und nicht machbar.

Woher das Verfahren kommt

Die Idee ist alt genug, um eine Geschichte zu haben. M. D. Keast und C.-C. Pei nutzten 1979 als Erste Schall, um Infiltrationsöffnungen zu orten. T. Sonoda und F. Peterson machten 1986 daraus ein Messverfahren, das die Fehlstelle findet und zugleich beziffert. Varshney und Kollegen leiteten 2013 die Infiltration aus der Schalldämmung kleiner Öffnungen ab.

Die für die Bauplanung interessanteste Arbeit stammt von V. Iordache und T. Catalina, veröffentlicht 2012 in Building and Environment: Sie stellten an einem realen Gebäude mit Holz-Doppelfenstern einen Zusammenhang zwischen Luftdurchlässigkeit und Schalldämmung der Fassade her und gossen ihn in ein Regressionsmodell.

Die weitest entwickelte Umsetzung geht auf Ganesh Raman, Kanthasamy Chelliah, Manasa Prakash und Ralph T. Muehleisen zurück, vorgestellt 2014 auf der InterNoise. Sie arbeitet mit einem Mikrofonarray, ortet und beziffert in einem Durchgang und ist patentiert; die Patentschrift nennt einen Arbeitsbereich von 50 bis 200 Hz. In ASTM E1186 ist die akustische Methode als eine der geführten Praktiken zur Leckageortung enthalten. Das Verfahren ist damit beschrieben und benennbar und hat den Status eines Laborkuriosums hinter sich.

Was das Verfahren für den Tiefton leistet — und was nicht

Der dokumentierte Arbeitsbereich von 50 bis 200 Hz ist für ein Heimkino eine gute und eine schlechte Nachricht zugleich.

Gut, weil er näher an der Sache liegt als alles andere Verfügbare. Die Blower-Door misst einen Volumenstrom unter ruhendem Überdruck, also gar keine akustische Größe. Bauakustische Kennwerte beziehen sich in aller Regel auf 100 bis 3150 Hz. Ein Verfahren, das bei 50 Hz anfängt, reicht als einziges in die Nähe des Bereichs, in dem ein Kinoraum seine Probleme hat.

Schlecht, weil die unterste Oktave darunter liegt. Der Druckkammerbereich beginnt unterhalb der tiefsten Raummode, und die liegt in einem Wohnraum typisch zwischen 25 und 35 Hz. Genau dort, wo die Frage nach der Dichtheit ihre Antwort verlangt, endet der belegte Arbeitsbereich. Eine Messung bei 50 Hz auf 20 Hz zu extrapolieren, wäre eine Übertragung und keine Anwendung: Der akustische Widerstand einer Öffnung hängt an Reibung und an der Trägheit der Luftsäule darin, und beide Anteile verschieben sich mit der Frequenz.

Die zweite Grenze wiegt für die Planung schwerer. Das Verfahren misst, was durch die Hülle hindurchkommt — es unterscheidet dabei nicht, ob der Schall durch eine Öffnung strömt oder ob eine leichte Fläche mitschwingt und auf der anderen Seite wieder abstrahlt. Beide Wege erscheinen als erhöhter Pegel. Die Trennung zwischen Öffnung und nachgiebiger Fläche ist aber genau die Frage, an der die Planungsentscheidung hängt: Eine dichtende Tür kostet einen Bruchteil einer massiven Innenschale, und wer nicht weiß, welcher Anteil wo steckt, kann das Geld nicht richtig verteilen.

Damit steht auch fest, was sich aus einem vorliegenden n50-Wert nicht machen lässt. Eine allgemeine Umrechnung von der Luftwechselrate in eine akustische Größe wurde in der Recherche zu diesem Thema nicht gefunden, und sie ist physikalisch auch nicht zu erwarten: n50 ist über die ganze Hülle integriert und ortsblind, während die akustische Wirkung an Zahl, Geometrie und Lage der einzelnen Öffnungen hängt. Was existiert, sind Regressionen für einzelne Gebäudetypen.

In der Planung

Ein Kunde bringt für sein geplantes Kellerkino den Dichtheitsnachweis des Neubaus mit und fragt, ob man das nicht akustisch nachmessen könne, bevor die Innenschale steht.

Die Konzeptfrage steht vor der Messfrage: Was soll die Messung entscheiden? Geht es darum, ob im Raum unterhalb von 30 Hz überhaupt ein Druckaufbau stattfindet, hilft kein Leckageverfahren weiter — diese Frage beantwortet nur eine Messung im Raum selbst, ein langsamer Sweep unterhalb der tiefsten Mode. Geht es dagegen darum, wo die Hülle Schwachstellen hat, bevor sie verkleidet wird, ist die akustische Ortung das passende Werkzeug: Sie findet den offenen Installationsschacht, den nicht verschlossenen Deckenanschluss, die undichte Kabeldurchführung — und zwar zu einem Zeitpunkt, an dem sich das noch beheben lässt.

Die Gerätefrage kommt zuletzt und bleibt bescheiden. Für die reine Ortung genügt im Grundsatz eine kräftige Rauschquelle im Raum und ein Mikrofon, mit dem die Anschlüsse von außen abgehört werden. Für eine belastbare Zahl gilt das nicht: Bezifferung verlangt die Kalibrierung und die Messtechnik der veröffentlichten Verfahren, und dafür braucht es einen Dienstleister.

Grenzen und Sonderfälle

Diese Seite beschreibt eine Verfahrensfamilie, keine Dienstleistung und kein Gerät. Ob und zu welchen Bedingungen eine akustische Leckagemessung im deutschsprachigen Raum beauftragt werden kann, ist hier nicht geprüft; die dokumentierten Arbeiten stammen überwiegend aus dem englischsprachigen Raum.

Die Verfahren zielen auf die Gebäudehülle — die Grenze zwischen innen und außen. Ein Kinoraum innerhalb eines Hauses hat eine zweite, für ihn wichtigere Grenze: die zu den Nachbarräumen. Das Messprinzip funktioniert dort genauso, die veröffentlichten Kalibrierungen sind dafür jedoch nicht gemacht, weil sie auf Luftdurchlässigkeit nach außen zielen.

Nicht behandelt ist der Schritt nach der Ortung: die Bewertung. Eine gefundene Fehlstelle sagt noch nichts darüber, wie viel sie in der konkreten Wiedergabe kostet. Diese Bewertung bleibt offen, solange die Trennung zwischen Öffnung und nachgiebiger Fläche fehlt.

Verknüpfte Inhalte

Warum die Frage nach der Dichtheit im Tiefton überhaupt gestellt wird und was die Blower-Door-Prüfung dazu beiträgt, steht bei der Dichtheit des Raums. Der physikalische Effekt dahinter ist der Druckkammereffekt.

Die bauliche Antwort auf undichte und nachgiebige Flächen behandelt Raum im Raum; den Sonderfall der leichten Konstruktion Holzbau und Basswiedergabe. Der Luftweg, der bewusst durch die Hülle geführt wird, steht bei Lüftung und Kühlung im Kinoraum. Warum eine kleine Öffnung eine gute Fläche entwertet, erklärt die Schalldämmung.

Quellen

Die hier wiedergegebene Kette der Arbeiten — Keast und Pei 1979, Sonoda und Peterson 1986, Iordache und Catalina 2012, Varshney und Kollegen 2013 sowie Raman, Chelliah, Prakash und Muehleisen 2014 nebst zugehörigem Patent — stammt vollständig aus der Übersichtsarbeit von Havenstein, Ruber, Harrison und Doolan, vorgestellt 2021 auf der Acoustics in Wollongong. Dieselbe Arbeit ist die Fundstelle für den Arbeitsbereich von 50 bis 200 Hz und dafür, dass ASTM E1186 die akustische Methode führt. Die Angaben zum Differenzdruckverfahren folgen DIN EN ISO 9972.