Entwurf von reflexionsarmen Räumen für das polnische nationale Metrologieamt

Was passiert, wenn man in vollkommene Stille tritt? In diesen Kammern sinkt der Schalldruckpegel (SPL) unter die menschliche Wahrnehmungsschwelle. Ihre Schritte verschwimmen augenblicklich, Ihr Atem fühlt sich verstärkt an und Ihr Herzschlag wird unangenehm laut. Nach einigen Minuten verlieren die meisten Menschen das Gleichgewicht. Manche berichten, dass sie ihren eigenen Blutfluss oder das Knirschen ihrer Gelenke hören.

Die meisten Menschen können es nur wenige Minuten aushalten, bevor Schwindel, Übelkeit oder sogar leichte Panik einsetzen. Dies ist kein Gedankenexperiment, sondern eine nachgewiesene physiologische Reaktion. Die menschliche Orientierung hängt von subtilen Schallreflexionen ab, und wenn diese Signale in einem schalltoten Raum verschwinden, beginnt der Körper zu rebellieren. Studien, die im Journal of the Acoustical Society of America veröffentlicht wurden, zeigen, dass die meisten Menschen nicht lange in einer solchen Umgebung bleiben können, bevor Unbehagen einsetzt.

Warum also absichtlich eine derart desorientierende Umgebung schaffen? Weil Stille, wenn sie kontrolliert und künstlich erzeugt wird, zu einem Werkzeug von außerordentlicher Präzision wird. Stille ermöglicht es Wissenschaftlern, das Unermessliche zu messen, der Industrie, die leisesten Technologien zu entwickeln, und der Gesellschaft, das menschliche Wohlbefinden besser vor schädlichem Lärm zu schützen.

Dies ist die Geschichte, wie DECIBEL zusammen mit Partnern in Polen eine der fortschrittlichsten akustischen Einrichtungen in Europa konstruierte: die schalltoten Kammern des polnischen Nationalen Metrologischen Amtes (GUM).

 

Schweigen als wissenschaftliches Instrument weltweit

Weltweit erreichen nur wenige Kammern Grenzfrequenzen von nur 50 Hz. Die Microsoft Audio Labs in Redmond, die Orfield Labs-Kammer in Minneapolis oder die NTT-Anlage in Japan werden oft als die „stillsten Orte der Welt“ bezeichnet. Jede dieser Kathedralen ist eine Stille, die nicht zur Meditation, sondern für hochmoderne Messungen genutzt wird: vom Testen von Smartphone-Mikrofonen über die Weiterentwicklung medizinischer Hörgeräte bis hin zur Kalibrierung von Luft- und Raumfahrtinstrumenten.

 

 

Die neuen Einrichtungen des GUM im polnischen Kielce gehören nun zu dieser exklusiven Gruppe. Mit seinen 50-Hz- und 100-Hz-Reflexionskammern hat sich das GUM einen Platz auf der internationalen Landkarte der modernsten metrologischen Einrichtungen erobert. Diese Kammern sind nicht nur beeindruckende Bauwerke, sondern auch Instrumente für sich, die mit chirurgischer Präzision entwickelt wurden, um Polens führende Position in der Schall- und Schwingungsforschung zu sichern.

 

Der CEO von DECIBEL , Dr.-Ing. Tsvetan Nedkov, erklärt: „Projekte wie dieses zeigen, warum es in der Akustik nicht nur um Lärmreduzierung, sondern um Fortschritt geht. Diese Kammern werden Polen zu einer führenden Metrologie-Wissenschaftlerin machen und zeigen, wie präzise konstruierte Stille zu einer globalen Innovationsquelle wird.“

 

Der Anspruch des Kunden an Perfektion

Das polnische nationale Metrologieamt verlangte mehr als nur beeindruckende Spezifikationen; es verlangte Benchmarks, die das Land unter die weltweit führenden Unternehmen bringen würden.

• Zwei schalltote Kammern: Eine große Kammer mit 1402 Kubikmetern und einer Grenzfrequenz von 50 Hz und eine kleinere Kammer mit 319 Kubikmetern und 100 Hz. In beiden Räumen mussten echte Freifeldbedingungen geschaffen werden, in denen der Schall wie im Freien verschwindet.
• Vibrationsschutz: Aktive Steinbrüche in nur fünf Kilometern Entfernung bedeuteten, dass die Vibrationsfestigkeit gemäß Klasse V0-Standard ausgelegt werden musste – der strengsten Vibrationsisolierungskategorie, die erfordert, dass die Bodenbewegung in der Kammer bei allen relevanten Frequenzen unter 4 Mikrometern pro Sekunde bleibt. Dies gewährleistet eine nahezu vollständige Immunität gegen externe Vibrationen und stellt sicher, dass selbst das schwächste externe Beben die Messungen nicht verfälscht.
• Lärmkontrolle: Der interne Lärm musste unter der NR5-Kurve bleiben (eine Referenzkurve für extrem leise Geräusche, die extrem leisen akustischen Umgebungen entspricht, viel leiser als ein Aufnahmestudio, und hier verwendet wird, um den maximal zulässigen Hintergrundlärm in den Kammern zu definieren). Dies entspricht ISO 8253-2 (einem internationalen Standard für audiometrische Tests, der die Messung und Kontrolle von Schallfeldern definiert, um genaue Hörtests und Gerätekalibrierungen zu gewährleisten). Dadurch wurde sichergestellt, dass die Tests von medizinischen Geräten, Hörtechnologien und industriellen Lärmemissionen genau und zuverlässig waren.

 

Der technische Ansatz zur Stille

1. Box-in-Box-Konstruktion

Um diese Standards zu erfüllen, haben DECIBEL und seine Partner das Box-in-Box-Prinzip angewendet und jede Kammer als von ihrer Umgebung isolierte Stahlbetonkonstruktion konstruiert. Das Ergebnis sind zwei akustische Inseln innerhalb des Laborkomplexes.

 

 

2. Schwingungsisolationssysteme

Die nächste Grenze war die Vibrationskontrolle.

• 100-Hz-Kammer: Unterstützt durch 100 mm dicke Elastomerpolster (f₀ ≈ 5 Hz – die natürliche Resonanzfrequenz des Schwingungsisolationssystems, d. h. das System filtert Schwingungen über dieser Frequenz heraus und verhindert, dass sie die Kammer beeinträchtigen).
• 50-Hz-Kammer: Aufgebaut auf 2,5-Hz-Stahlfedern mit Elastomer-Auflagern, mit der Option, bei Bedarf auf Luftfedern mit aktiver Dämpfung aufzurüsten.
  Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) (eine computergestützte Technik, bei der komplexe Strukturen in Tausende kleiner Elemente unterteilt werden, um vorherzusagen, wie sie auf Kräfte wie Vibrationen durch Steinbruchsprengungen oder schweres Gerät reagieren) in Kombination mit realen Vibrationsmessungen vor Ort während der Sprengungen im Steinbruch bestätigten, dass das System die Anforderungen des Kunden nicht nur erfüllte, sondern übertraf.

 

 

Der Projektmanager erinnert sich an diese Phase: „Die Kommunikation mit GUM war ebenso entscheidend wie die technische Planung selbst. Jede Anforderung musste unter realen Baubedingungen validiert werden. Die Arbeit in einer Umgebung mit aktiven Steinbrüchen erforderte eine präzise Synchronisierung von Schwingungssimulationen und Vor-Ort-Tests. Es war eine logistische und technische Herausforderung, die eine perfekte Koordination erforderte.“

 

3. Schallabsorptionskeile

Im Inneren wurden die Wände und Decken mit Polyether-Polyurethan-Keilen ausgekleidet, die den Kammern ihr ikonisches Aussehen verliehen:

• 170 cm lang in der 50 Hz-Kammer
• 86 cm lang in der 100 Hz-Kammer

Diese Keile verhindern Reflexionen und absorbieren den Schall so vollständig, dass selbst Schritte spurlos verschwinden. Für die Installateure war dies die heikelste Aufgabe. „Die Polyurethankeile wurden nicht einfach an die Wände geklebt“, erinnert sich ein Mitglied des Installationsteams. „Jeder Keil wurde auf einer 3D-CNC-Spezialmaschine präzise zugeschnitten. Die Montage und Ausrichtung wurden von unseren erfahrenen Installateuren millimetergenau durchgeführt. Die Arbeit im engen Hohlraum zwischen Innen- und Außenstruktur zur Installation des Lüftungssystems war anspruchsvoll. Aber als der letzte Keil an seinem Platz war, wussten wir, dass wir etwas wirklich Einzigartiges geschaffen hatten. Als wir das erste Mal in der Kammer standen, spürten wir die Stille; wir hatten sie mit unseren eigenen Händen geschaffen.“

 

 

4. Leise Belüftung

Die Belüftung stellte die vielleicht paradoxste Herausforderung dar: Wie kann man Luft in einen Raum hinein und hinaus befördern, ohne auch nur das geringste Geräusch zu erzeugen? Ein 13 m langer HLK-Kanal mit Mineralwolle-Auskleidung und geteilten Schalldämpfern wurde entwickelt, um eine Dämpfung aller kritischen Frequenzen zu erreichen.

• Bei hohen Frequenzen (4–8 kHz) blockierten versetzte Schalldämpfer die Schallübertragung in Sichtlinie.
• Bei niedrigen Frequenzen (63 Hz) wurden zusätzliche Schalldämpferelemente eingeführt, um die Dämpfung zu verstärken.

Das Ergebnis war eine atmungsaktive, komfortable Umgebung, die weder für das menschliche Ohr noch für empfindliche Instrumente hörbar blieb.

 

 

Greifbare Ergebnisse für Industrie und Wissenschaft

Die Auswirkungen der GUM-Kammern sind vielfältig. Sie werden:

• Bereitstellung von ISO-Standard-Testumgebungen für Industrie und Forschung.
• Ermöglicht die audiometrische Kalibrierung, die für medizinische Geräte und Hörtechnologien unerlässlich ist.
• Ermöglichen Sie industrielle Geräuschtests und helfen Sie Herstellern, leisere und sicherere Maschinen zu bauen.
• Unterstützen Sie die Grundlagenforschung und positionieren Sie Polen als europäisches Zentrum der Akustikwissenschaft.

Das polnische Metrologische Amt verfügt nun über eine der modernsten akustischen Infrastrukturen Europas. Für DECIBEL ist dieses Projekt sowohl ein technischer Triumph als auch ein Leitbild. Es zeigt, dass Stille gestaltbar ist, dass sie messbaren Wert hat und zu gesünderen Gesellschaften beitragen kann. Der CEO von DECIBEL fasst zusammen: „Bei diesen Kammern geht es nicht nur um Akustik, sondern darum, die Voraussetzungen für Fortschritt zu schaffen.“

 

 

Selbst die komplexesten Umgebungen können mit Präzision, Zusammenarbeit und Innovation gemeistert werden.

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