Optimierung von Raumakustik

Medientechnik
Optimierung von Raumakustik
Gegenüberstellung von Messung und Berechnung
2. Bachelorarbeit
eingereicht von
Paul Peyer
MT091083
im Rahmen des
Studiengangs Medientechnik an der Fachhochschule St. Pölten
Betreuung
Betreuer/Betreuerin: Dipl.-Ing. Franz Zotlöterer
Wien, 27.09.2012
(Unterschrift Autor/Autorin)
(Unterschrift Betreuer/Betreuerin)
Fachhochschule St. Pölten GmbH, Matthias Corvinus-Straße 15, 3100 St. Pölten, T: +43 (2742) 313 228, F: +43 (2742) 313 228-339, E: [email protected], I: www.fhstp.ac.at
Medientechnik
Ehrenwörtliche Erklärung
Ich versichere, dass
n ich diese Bachelorarbeit selbständig verfasst, andere als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel
nicht benutzt und mich sonst keiner unerlaubten Hilfe bedient habe.
n ich dieses Bachelorarbeitsthema bisher weder im Inland noch im Ausland einem Begutachter/einer
Begutachterin zur Beurteilung oder in irgendeiner Form als Prüfungsarbeit vorgelegt habe.
n diese Arbeit mit der vom Begutachter/von der Begutachterin beurteilten Arbeit übereinstimmt.
n Ich räume hiermit der Fachhochschule St. Pölten das ausschließliche und räumlich unbeschränkte
Werknutzungsrecht für alle Nutzungsarten an dieser Bachelorarbeit ein, und behalte das Recht, als
Urheber dieses Werkes genannt zu werden.
Wien, 27.09.2012
(Unterschrift Autor/Autorin)
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Medientechnik
Zusammenfassung
In unserem täglichen Leben begegnen wir ständig und ohne Unterbrechung Schall. Anders als beispielsweise der Sehsinn kann das
menschliche Ohr nie willkürlich abgeschaltet werden, es empfängt ohne Pause akustische Information. Wenige Menschen machen sich
allerdings bewusst, wie unterschiedlich die Umgebung das Gehörte beeinflusst. Abgesehen von Situationen, in welchen Schall massiv
vom ihn umgebenden Raum beeinflusst wird, wie etwa in einer Kirche, wird der Effekt des Raumes kaum wahrgenommen. Allerdings
bewirkt jede Umgebung, sei es in freier Natur, in einem Wohnzimmer oder einem Tonstudio, einen hör- und messbaren Effekt auf Schall.
Akustik, die Lehre von der Erzeugung, Ausbreitung, Analyse und Wahrnehmung von Schall, beschäftigt sich unter Anderem mit Methoden
um Schallereignisse im Vorfeld akkurat zu berechnen, sie zu vermessen und zu beeinflussen. In unserer heutigen Welt spielt eine gute
Raumakustik, also der Klang eines beliebigen Raumes, vor allem in jenen Bereichen eine Rolle, in denen ein oder mehrere
Schallereignisse von ZuhörerInnen optimal empfangen werden müssen. Tonstudios, Konzertsäle, Kirchen und Vortragsräume wären
Beispiele dafür. Diese Arbeit wird sich darauf konzentrieren ein Erklärung dafür zu geben, was einen gut klingenden Raum ausmacht und
wie dieser Zustand erreicht werden kann. Die wenigsten Räume sind in ihrer rohen, akustisch nicht bearbeiteten Form, “ideal”. Allerdings
gibt es mehrere Möglichkeiten, die Unzulänglichkeiten eines Raumes zu berechnen, zu messen und entsprechende Maßnahmen zu
treffen, um diese zu beheben. Speziell im kleinen Home- oder Projektstudio sind simple und billige Lösungen ein sehr guter Weg, den
Klang eines Raumes zu optimieren. Natürlich geht dies nicht ohne vorherige Studie der zu bearbeitenden Substanz, des Raumes. Um
diverse Berechnungen anstellen zu können, wird zunächst auf die grundlegenden physikalischen Eigenschaften und Eigenheiten von
Schall Bezug genommen. In den folgenden Kapiteln werden zunächst Erklärungen und Berechnungsmethoden für die grundlegenden
Parameter von Schall in einem Raum, wie Schalldruck, Nachhallzeit und Problemfrequenzen, vorgestellt. Räume können allerdings nicht
nur rechnerisch analysiert werden. Immer mehr Hersteller bieten in ihren Funktionen unterschiedlich ausgestattete Softwarelösungen für
akustische Vermessungsvorgänge an. Auch auf diesen Bereich wird die vorliegende Arbeit Einblick geben. In einem praktischen Versuch
wird dann die Auswahl und Konstruktion einiger jener Bauteile behandelt, welche diese Parameter günstig beeinflussen können. Versteht
man erst das Verhalten von Schall sowohl in festen als auch gasförmigen Medien, so kann dieses Wissen benutzt werden um negative
Einflüsse eines Raumes auf Schall zu reduzieren, und im Gegenzug an den jeweiligen Gebrauch angepasste Verbesserungen zu
erzielen. Akustik ist wahrscheinlich eines der komplexesten Gebiete der gesamten Audiotechnik, weswegen im Rahmen einer BachelorArbeit das gesamt Spektrum an Information nicht aufgearbeitet werden kann. Mittlerweile existiert eine Vielzahl von literarischen Werken,
welche Raumakustik behandeln. In der Recherche zu dieser Arbeit wurde vor allem auf jene Werke Wert gelegt, die einen Einblick in
praktische Vorgänge zur Optimierung von Raumklang geben, um so einen schnellen und von Erfolg gekrönten Einstieg in diese Materie
zu gewährleisten. Dieser Zugang spiegelt sich auch in einigen Bauanleitungen akustischer Elemente wie Absorbern und Resonatoren
wider, welche ebenfalls in dieser Arbeit enthalten sind.
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Medientechnik
Abstract
Während meines Studiums der Medientechnik begann ich mich vor allem für den Tonstudio- und Musikproduktionssektor zu interessieren.
Zu Beginn war dieses Interesse mehr ein großes Unverständnis. Viele Abläufe und technische Aspekte waren mir einfach nicht bekannt.
Nach einigen Jahren, in denen ich mich intensiv mit dieser Materie beschäftigt habe, kann ich nun ein zumindest für mich ausreichendes
Basiswissen der Audiotechnik vorweisen. Ich habe mich auch mit vielen Blogs und Berichten im Internet befasst, in denen Menschen aus
aller Welt ihr eigenes kleines Homestudio bauen und vorstellen. In der Regel ging es da Großteils nur um elektronisches Equipment:
Mikrofone, Mischpulte, Wandler oder Monitore. Auch ich habe mich sehr für Hard- und Software in diesem Bereich interessiert – meine
erste wissenschaftliche Arbeit handelte von Kompressoren, sowohl als physische Ausführung als auch als Plug-In. Es ist auch schwer, gut
gefertigte Mikrofone oder Vorverstärker nicht interessant zu finden. Erst nach Jahren des Lesens von Fachliteratur wurde mir ein
fundamentaler Fehler bewusst: all das tolle Equipment in einem Studio hat keinen Wert, wenn der Schall, der durch die Monitore kommt,
verfälscht wahrgenommen und damit auch falsch bewertet wird. Dies war der Moment, in dem sich das große Gebiet der Raumakustik vor
mir aufgetan hat. Anfänglich noch unüberschaubar in der Komplexität, konnte ich sehr schnell einen Zugang dazu finden. Mir wurde
bewusst, wie unterschiedlich Räume klingen können – sei es das Badezimmer, der Hörsaal oder ein schalltoter Raum beim Rundfunk. Ich
habe mir jene Räume, die für mich den interessantesten Klang hatten, in Bezug auf Größe, Grundriss, Einrichtung und Oberflächen näher
angesehen. Manche Zusammenhänge waren offensichtlich, andere mussten erst recherchiert werden. Mich interessierten vor allem
Effekte der Raumakustik, die in beinahe jedem Raum auftreten und die meisten Probleme verursachen: Raummoden, Erstreflexionen und
Nachhallzeit. Da ich schon immer ein praktisch veranlagter Mensch war, habe ich mich mit deren Korrektur beschäftigt – dem Bau von
akustischen Elementen. Darauf wird in dieser Arbeit vor allem in Kapitel 5 eingegangen. Selbstverständlich ist der detaillierte technische
Zugang ebenfalls von Bedeutung: wie hängen die Eigenschaften eines Materials und dessen Absorptions- beziehungsweise
Reflexionsvermögen zusammen? Welche Abmessungen muss ein Objekt haben, damit sich bestimmte Frequenzen nicht um das Objekt
herum beugen? Gerade in den ersten Kapiteln werden einige dieser Fragen behandelt und beantwortet werden. Obwohl ich keinerlei
Intentionen habe, mir in nächster Zukunft ein eigenes Tonstudio zu bauen und einzurichten, ist die Optimierung von Raumakustik
keineswegs irrelevant. Wenn mit wenigen Maßnahmen schon ein angenehmeres Klangbild zu erreichen ist, welchen Grund sollte es dann
geben dies nicht zu tun? Zumindest als Hobby spielt die Musikproduktion eine wichtige Rolle für mich, weswegen Wissen im Bereich
Raumakustik äußerst gelegen kommt. Gerade wenn man die Aufnahmen der eigene Band selbst mischt, soll das Ergebnis natürlich nicht
minderwertig werden, weil man keine Rücksicht auf den würfelförmigen Raum mit Betonwänden genommen hat, der als Regieraum dient.
Leider existieren auch viele Mythen, die gerade den Einsteiger gehörig verwirren können: Angefangen von Eierkartons als akustisches
Dämmmaterial über überdämpfte Räume bis hin zu Equalizern als Ausgleich für akustische Nachteile – auch einige dieser
Fehlinformationen versucht die vorliegende Arbeit aufzuklären.
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Medientechnik
Inhalt
1. PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN .............................................................................................................................. 8 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. ENTSTEHUNG .............................................................................................................................................................. 8 FREQUENZ UND SPEKTRUM ........................................................................................................................................... 8 WELLENLÄNGE UND SCHALLGESCHWINDIGKEIT ................................................................................................................ 10 PHASE ..................................................................................................................................................................... 11 SCHALLDRUCK UND SCHALLINTENSITÄT .......................................................................................................................... 11 2. VERHALTEN VON SCHALL IM RAUM .................................................................................................................... 12 2.1. 2.2. 2.3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. ABSORPTION ............................................................................................................................................................ 13 REFLEXION UND NACHHALL ......................................................................................................................................... 14 BEUGUNG ................................................................................................................................................................ 16 DIE NOTWENDIGKEIT DER AKUSTISCHEN OPTIMIERUNG .................................................................................................... 16 BESTANDSAUFNAHME ................................................................................................................................................ 17 RÄUME AKUSTISCH VERMESSEN .................................................................................................................................... 18 UNTERSCHIEDE ZWISCHEN MESSUNG UND BERECHNUNG .................................................................................................. 19 4. PROBLEMATISCHE AKUSTISCHE PHÄNOMENE .................................................................................................... 20 4.1. RAUMMODEN ........................................................................................................................................................... 20 4.2. KAMMFILTEREFFEKTE ................................................................................................................................................. 22 5. MODULE UND MATERIALIEN FÜR AKUSTISCHE OPTIMIERUNG ........................................................................... 22 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. IRRTÜMER ................................................................................................................................................................ 23 ABSORBER ............................................................................................................................................................... 23 RESONATOREN .......................................................................................................................................................... 24 DIFFUSOREN ............................................................................................................................................................. 25 6. ANWENDUNG AKUSTISCHER MAßNAHMEN ....................................................................................................... 26 LITERATURVERZEICHNIS ............................................................................................................................................. 30 5
Medientechnik
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Wellenform und Spektrumansicht .................................................................................................. 9
Abbildung 2: Spektrum des kombinierten Signals............................................................................................... 9
Abbildung 3: Kurven gleicher Lautstärke........................................................................................................... 11
Abbildung 4: Schallpegelmessgerät.................................................................................................................. 19
Abbildung 5: Kammfiltereffekt............................................................................................................................ 22
Abbildung 6: Diffusor......................................................................................................................................... 25
Abbildung 7: Übersicht des zu behandelnden Raumes..................................................................................... 26
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Medientechnik
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Absorptionskoeffizienten (Friesecke 2012, S. 37) ........................................................................... 27 Tabelle 2: Werte des unbehandelten Raumes .................................................................................................. 28 Tabelle 3: Werte des fertig bearbeiteten Raumes ............................................................................................. 29 7
Medientechnik
1. Physikalische Grundlagen
1.1.
Entstehung
Jedes Schallereignis, ob für den Menschen hörbar oder nur durch Messinstrumente
erfassbar, entsteht durch die Bewegung von Teilchen. Ob diese durch die Membran eines
Lautsprechers, ein Stück herabfallendes Metall oder durch die menschlichen Stimmbänder
angeregt werden, immer entsteht ein mehr oder weniger hörbares Schallereignis. Einzige
Voraussetzung ist hierbei, dass überhaupt Teilchen in einem Medium vorhanden sind. Im All
beispielsweise ist eine Schallübertragung unmöglich, da keine Teilchen existieren, die zum
Schwingen angeregt werden könnten.
Speziell im Bereich der Raumakustik ist es notwendig, die Entstehung und vor allem die
Ausbreitung von Schall genau zu verstehen.
Am einfachsten lässt sich die Entstehung am Beispiel eines Lautsprechers erklären. Die
Membran, die im Gehäuse hin und her schwingt, verdrängt während dieser Bewegung
Luftmoleküle und erzeugt kurzzeitige lokale Schwankungen im Luftdruck. An jenen Stellen,
an denen die Moleküle dichter zusammen gedrängt werden, stoßen sie wiederum
benachbarte Teilchen an, die ihrerseits wieder ausgelenkt werden und weitere Teilchen
anregen. Auf diese Weise kann sich eine Schallwelle fortsetzen. Die verdrängten Moleküle
hinterlassen einen lokalen Bereich mit leicht vermindertem Druck. Wenn sie von der
Elastizität des Mediums in Richtung ihrer Ursprungsposition gezogen werden, schießen sie
zuerst darüber hinaus, werden in der anderen Richtung aber wieder zurück gezogen, bis sie
sich schließlich, wenn nicht erneut angeregt, an ihrer Ursprungsposition einpendeln. Es gilt
zu beachten, dass sich die von der Membran verursachte Störung der normalen
Molekülbewegung zwar über weite Strecken fortpflanzen kann, die einzelnen Teilchen aber
immer nur lokal ausgelenkt werden. Bei einer wiederholten Membranbewegung, die etwa
zur Erzeugung eines Sinustons notwendig ist, entstehen so mehrere Zyklen pro Sekunde.
Die Anzahl dieser Zyklen bestimmen die Frequenz (f) eines Tones. Diese wird in Hertz (Hz)
oder Schwingungen pro Sekunde gemessen. Für die Erzeugung eines Sinustones mit
500Hz muss sich die Membran also während einer Sekunde 500 mal vor-, und ebenso oft
zurück bewegen. Die dabei maximal zurückgelegte Auslenkung wird als Amplitude
bezeichnet. (vgl.: Everest (2009, S. 3-7)
1.2.
Frequenz und Spektrum
Die Frequenz ist also die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde. In der Realität bestehen
Klänge allerdings selten aus exakt einer Schwingung. Vielmehr handelt es sich meist um
eine komplexe Mischung aus Grund- und Obertönen. Um auszudrücken, wie die Energie
eines akustischen Ereignisses auf seine enthaltenen Frequenzen aufgeteilt ist, bedient man
sich des Konzeptes des Spektrums. (vgl.: Gallagher 2007, S.6)
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Medientechnik
Abbildung 1 illustriert drei verschiedene Schwingungen erst anhand ihrer Wellenform, und
dann anhand ihrer spektralen Komponenten.
Abb. 1: Wellenform und Spektrumansicht
Würden diese drei Schwingungen zu einem einzelnen Signal kombiniert, so würde die
Spektralansicht aussehen wie in Abbildung 2. (vgl.: Everest 2009, S.14f)
Abb. 2: Spektrum des kombinierten Signals
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Medientechnik
1.3.
Wellenlänge und Schallgeschwindigkeit
Die Wellenlänge ist jene Distanz, die eine Welle innerhalb eines Zyklus zurück gelegt.
Anders ausgedrückt beschreibt dieser Wert den Abstand von einem Punkt einer
Schwingung bis zu dem jeweiligen selben Punkt im nächsten Zyklus. Um die Wellenlänge
zu berechnen, wird zunächst die Geschwindigkeit benötigt, mit der sich Schall in einem
Medium ausbreitet. Diese hängt vor allem von Temperatur und Dichte, aber auch von der
Feuchtigkeit des Mediums ab. Für die Schallgeschwindigkeit in Luft, das wahrscheinlich
wichtigste Medium in der Raumakustik und Audiotechnik, kann näherungsweise folgende
Formel verwendet werden:
c = (331,6 + 0,6*t)
mit
c = Schallgeschwindigkeit in m/s
t = Temperatur in °C
Dies entspricht bei 20°C etwa 343m/s.
In anderen, dichteren Medien breitet sich Schall teilweise signifikant schneller aus: so
ergeben sich beispielsweise für Beton ~3700m/s, für Holz ~ 3300m/s und für Eisen etwa
5100m/s. (vgl.: Everest 2009, S. 119)
Kennt man die Frequenz einer Schwingung und die Schallgeschwindigkeit innerhalb des
jeweiligen Mediums, kann nun die Wellenlänge (λ) errechnet werden:
λ=c/f
mit
λ = Wellenlänge in m
Gerade in der Raumakustik ist es weiterhin wichtig, aus der Wellenlänge die Frequenz
errechnen zu können:
f=c/λ
Die Wellenlänge kann auch mit Hilfe der Periodendauer einer Schwingung ausgedrückt
werden. Im Gegensatz zur Wellenlänge ist die Periodendauer die zeitliche Dauer des Zyklus
einer Schwingung und kann über den Kehrwert der Frequenz berechnet werden:
T=1/f
mit
T = Periodendauer in s
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Medientechnik
Die Wellenlänge ergibt sich daraus als
λ=c*T
(vgl.: Friesecke 2012, S. 11-13)
1.4.
Phase
Überlagern sich zwei oder mehr Schwingungen der selben Frequenz, die exakt zur selben
Zeit gestartet werden, so sind sie phasengleich. Diese bedeutet, dass sich jeweilige
Wellenberge- und Täler genau addieren – es kommt hierbei zu einer Verdopplung der
Amplitude (wenn man von zwei Schwingungen mit der gleichen Amplitude ausgeht).
Allerdings hat dieses Phänomen auch negative Auswirkungen. Wird die zweite Schwingung
um ein bzw. drei Viertel ihrer Periodendauer später gestartet, so kommt es zur teilweisen
Auslöschung der Druckverläufe der Schwingungen. Die beiden Wellen sind um 90°
phasenverschoben. Verzögert man die Schwingung um die Hälfte der Periodendauer (um
180° verschoben), so löschen sich die Wellen gegenseitig aus. Komplexere Effekte der
Phasenverschiebung, wie der Kammfiltereffekt, werden in Kapitel 4.2. eingehender
beleuchtet. (Friesecke 2012, S. 33f)
1.5.
Schalldruck und Schallintensität
In der Theorie kann der Mensch Frequenzen von 20Hz bis 20kHz wahrnehmen. In
Wirklichkeit ist dieser gesamte Bereich wahrscheinlich von den wenigsten Menschen
hörbar, und das Hörvermögen wird auch von Alter, Gesundheitszustand und anderen
Faktoren negativ beeinflusst. Im Laufe der Evolution hat sich das menschliche Gehör vor
allem auf jenen Frequenzbereich sensibilisiert, in dem sich unsere Sprache befindet. Diese
Frequenzbänder werden vom Ohr als lauter empfunden als beispielsweise der
Tiefbassbereich. Das Diagramm der Kurven gleicher Lautstärke nach Fletcher-Munson
beschreibt diesen Zusammenhang aus wahrgenommer Lautstärke und Frequenz.
Wie zu erkennen ist, bedarf es in den
Bändern von 2kHz bis 5kHz bedeutend
weniger Schalldruck, um jene
Schallereignisse gleich laut wie
beispielsweise ein Signal um die 100Hz
wahrzunehmen.
Es existieren mehrere Möglichkeiten, Schall
zu messen. Die wohl gebräuchlichste Form
in der Raumakustik ist das Messen und
Berechnen des Schalldruckpegels, da
dieser am Ehesten mit dem menschlichen
Hörvermögen korrespondiert. Diese
Rechnung ergibt einen logarithmischen
Wert, ausgedrückt in dB (Dezibel). Da es
Abb. 3: Kurven gleicher Lautstärke (Cyber College 2010, o.S.)
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Medientechnik
mehrere Rechnungen in der Akustik und Audiotechnik gibt, die Ergebnisse in dieser Einheit
liefern, wird der Schalldruckpegel als dBSPL (englisch für “sound pressure level”)
geschrieben und mit folgender Formel berechnet:
SPL = 20log !
!!
dB
mit
p = gemessener Schalldruck oder andere gemessene Größe
p0 = Referenzdruck oder Referenzgröße
Hierbei handelt es sich bei der gemessenen Größe oft um den Schalldruck p, in Pascal (Pa)
gemessen. In diesem Fall ist die Bezugsgröße in der Regel durch den atmosphärischen
Luftdruck mit oder 20µPa gegeben.
Allerdings kann mit dieser Formel auch beispielsweise der Pegelunterschied durch eine
größere Entfernung berechnet werden. Dabei wäre für p eine gemessene Länge und für p0
eine Referenzlänge einzusetzen.
Zu beachten gilt, dass sich mit obiger Formel berechnete Werte aufgrund ihrer
logarithmischen Natur nie linear verhalten. So entspricht beispielsweise eine Verdopplung
des Schalldrucks gegenüber des Referenzdrucks einem Wert von +6dB, während eine
Verdreifachung nur +9,5dB entspricht.
(vgl.: Everest 2009, S. 22ff)
Die Schallintensität I misst die Energie von Schall, der eine Fläche durchläuft. Sie kann als
Produkt aus Schalldruck p und Schallschnelle v, also der Geschwindigkeit der in Bewegung
versetzen Teilchen, berechnet werden.
I=p*v
mit
I = Schallintensität in Wm2
p = Schalldruck in Pa
v = Schallschnelle in m/s
(vgl.: Weinzierl, 2008, S. 26f)
2. Verhalten von Schall im Raum
Wie genau sich Schall in einem Raum verhält, hängt von unzähligen Faktoren ab. Zu den
wichtigsten zählen die Geometrie des Raumes, die Beschaffenheit der Oberflächen, das
Vorhandensein von Fenstern, Erkern und Türen, die Einrichtung sowie letztlich auch die
Eigenschaften der erzeugten Schallereignisse selbst. Im folgenden Kapitel werden einige
der wichtigsten Phänomene von Schall in einem mehr oder weniger geschlossenen Raum
erklärt. Da viele Maßnahmen zur Korrektur von unzulänglicher Raumakustik auf diesen
beruhen, ist es wichtig ihre Natur und Auswirkungen zu verstehen.
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Medientechnik
2.1.
Absorption
Absorption ist “... der Transfer von Energie einer Welle auf ein Medium, durch das sich
diese bewegt.” (Enzyclopedia Britannica 2012, o.S.) Diese Definition gilt nicht nur für
akustische Signale, sondern auch für alle anderen Arten von Wellen. In der Akustik ist
Absorption deshalb interessant, da während dieses Prozesses Teile der kinetischen Energie
der sich bewegenden Teilchen eines Mediums durch Reibung in Wärme umgewandelt
werden.
Letzten Endes führt dies dazu, dass die Schallwelle stetig an Energie verliert, je länger sie
sich durch dieses Material bewegt. In Luft oder anderen Gasen ist die Absorption durch die
lose Molekülstruktur erst in größeren Entfernungen bemerkbar. Sehr gut kann man dies
während eines Gewitters auf einer flachen Landschaft beobachten: je näher das Gewitter
dem eigenen Standpunkt kommt, desto lauter und klarer klingt der Donner. Entfernt es sich,
so wird der Klang immer dumpfer und leiser, bis schließlich gar nichts mehr zu hören ist.
Grund dafür ist, dass Schwallwellen mehr Energie besitzen, je größer ihrer Wellenlänge und
damit je tiefer ihre Frequenz ist. Die hochfrequenteren Anteile eines Signals werden folglich
also auch zuerst absorbiert. (vgl.: Everest 2009, S. 179ff)
In geschlossenen Räumen wie Regie- und Aufnahmeräumen kann der Energieverlust durch
Reibung mit Luft in der Regel vernachlässigt werden. Ebenso insignifikant ist die
Erwärmung von Materialien durch Absorption von Energie. “Es würde die absorbierte
Schallenergie von Millionen miteinander sprechender Menschen benötigen, um ein Glas
Wasser zum Kochen zu bringen.” (Everest 2009, S. 179)
Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Fähigkeiten, bestimmte Frequenzen zu
absorbieren. Andere Frequenzen werden nur teilweise absorbiert, während sich bestimmte
Anteile durch das Material hindurch bewegen oder von ihm reflektiert werden.
Um den Absorptionsgrad α zu berechnen, benötigt man die von einem beliebigen
flächenhaften Material errechneten oder gemessene Größen der in das Material
einfallenden Schallintensität Ie und die reflektierte Intensität Ir. Um α zu berechnen, wird
folgende Formel angewandt:
α=
!"!!!
!!
(vgl.: Weinzierl 2008, S.185)
Ist der Absorptionsgrad 1, wird kein Anteil des Schallereignisses reflektiert, sondern dringt
zur Gänze in das Material ein. Ein gutes Beispiel dafür wäre eine Öffnung eines Raumes ins
Freie. Die von dieser Öffnung aufgespannte Fläche besitzt eine Absorptionsgrad von α =1,
da Schall, der nach außen dringt, (in der Regel) nicht wieder in den Raum zurück gelangt.
Der Absorptionsgrad eines Materials ist nicht linear zur Frequenz. So kann beispielsweise
eine Frequenz komplett absorbiert werden, während eine andere teilweise oder sogar
komplett reflektiert wird. Es existieren viele Tabellen mit Absorptionsgraden verschiedener
Materialen bei verschiedenen Frequenzen, üblicherweise bei 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1
kHz, 2 kHz und 4 kHz.
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Medientechnik
Eine gebräuchliche Methode zur Bestimmung des gesamten Absorptionsvermögens einer
Frequenz innerhalb eines Raumes ist die Addition der einzelnen Teilflächen An, die
ihrerseits jeweils mit ihrem Absorptionsgrad an multipliziert werden:
Af = A1* α1 + A2* α2+...+ An* αn
mit
Af = gesamte Fläche innerhalb des Raumes, die einen Absorptionsgrad von 1 bei einer
bestimmten Frequenz f aufweist, angegeben in m2
An = Teilfläche in m²
αn = Absorptionsgrad der jeweiligen Teilflächen
(vgl.: Everest 2009, S. 181f)
2.2.
Reflexion und Nachhall
Wie bereits erwähnt, wird meist nicht die Energie einer Schallwelle absorbiert, wenn dies
auf eine (flache) Oberfläche trifft. Je nach Frequenz wird ein Teil der Welle wieder zurück
geworfen. Es gilt dabei das Gesetz: Einfallswinkel = Ausfallswinkel.
Um das Konzept leichter greifbar zu machen, kann „...man kann sich die Reflexion als von
einer separaten Schallquelle ausgehend vorstellen. Diese liegt akustisch gesehen genau so
weit hinter der betreffenden Oberfläche, wie die reale Schallquelle vor ihr liegt. Das Konzept
ist mit dem eines Spiegels zu vergleichen.“ (Everest 2009, S.95)
Dieses Phänomen bewirkt, dass jeder Raum mit einer Schallquelle von einer Vielzahl
verschiedener Reflexionen durchdrungen ist. Neben dem Direktschall, also jenem Teil des
Signals, der direkt auf die Mess- oder Hörposition trifft, treten zunächst sogenannte
Erstreflexionen auf. Diese haben nach dem Direktschall die meiste Energie aller
Reflexionen, und verursachen die meisten akustischen Probleme (siehe Kapitel 4.2.).
Wenn aber die Erstreflexionen auf ein Hindernis treffen, wird von ihrer Energie wiederum
ein Teil absorbiert und ein Teil reflektiert – es entstehen Reflexionen zweiter Ordnung.
Dieser Prozess wiederholt sich so lange, bis eine dieser Reflexionen vollständig absorbiert
wird. Die späteren Reflexionen füllen den Raum mit dem sogenannten Diffusschall. Sein
Frequenzgang kann zwar in unterschiedlichen Bereichen eines Raumes unterschiedlich
aussehen, sein Pegel ist aber überall gleich. In Räumen mit einem hohen Absorptionsgrad
können sich naturgemäß weniger Reflexionen bilden, wodurch der Pegel des Diffusschalls
niedriger ausfällt. In speziellen reflexionsarmen Räumen sind oft gar keine Reflexionen
mehr wahrnehmbar – dies ist beispielsweise für bestimmte akustische Experimente
notwendig. Für Menschen ist der Aufenthalt darin durch die ungewohnte reflexionslose
Umgebung extrem unangenehm. (vgl.: Everest 2009, S. 95ff)
Um den Prozess von Reflexionen in verschiedenen Winkeln besser zu illustrieren, kann
man sich mit sogenannten Spiegelräumen helfen. Hierbei wird die Schallquelle an einer
Fläche in einen gedachten Raum gespiegelt. Von dieser Position wird nun eine Linie zur
Abhörposition gezogen. Der Punkt an der Spiegelfläche, an dem die Linie wieder in den
Originalraum eintritt, ist die Position einer Erstreflexion. Wird der erste Spiegelraum
wiederum gespiegelt , können auch Reflexionen höherer Ordnung grafisch dargestellt
werden.
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Medientechnik
Wird eine Schallquelle in einem Raum aktiviert, so benötigt der Raum je nach Größe eine
kurze Zeit, um alle in ihm enthaltenen Teilchen durch Direktschall und Reflexionen zum
Schwingen zu bringen. Umgekehrt verhält es sich ähnlich: nach dem Abschalten einer
Schallquelle befinden sich noch Schallwellen im Raum die, abhängig von den
Oberflächeneigenschaften des Raumes, mehr oder weniger langsam verklingen. Dieser
Effekt ist in den meisten Räumen auch für ungeübte Zuhörer wahrnehmbar und wird als
Nachhall bezeichnet.
Die Nachhallzeit ist eine wichtige Kennzahl in der Raumakustik und beschreit jene Zeit, die
„... vergehen muss, bis die Schallintensität im Raum um 60dB im Vergleich zu ihrem
Ausgangswert gefallen ist.“ (Everest Seite 151) Der Verlust von Schallintensität hängt direkt
mit Absorption zusammen (vgl. Kapitel 2.1.). Folglich muss eine Nachhallzeit separat für
bestimmte Frequenzen berechnet werden. Hierbei wird zumeist folgende Formel benutzt:
RT60 =
!,!"! !
!!
mit
RT60= Nachhallzeit in s
V = Volumen des Raumes in m³
Af: Gesamte Fläche mit Absorptionsgrad 1 bei einer Frequenz f in m2
Die Nachhallzeit kann auch mit einem einfachen Aufbau gemessen werden:
In einem Raum wird ein sehr kurzes und lautes Schallereignis, wie etwa ein Pistolenschuss
oder ein perkussiver Ton, abgespielt oder verursacht. Ein Messmikrofon zeichnet sowohl
den Impuls an sich als auch den Klang des Raumes mehrere Sekunden danach auf. Nun
kann in einem Programm wie beispielsweise WaveLab der Firma Steinberg sofort die
Nachhallzeit grafisch aus der Wellenformansicht abgelesen werden. Diese rudimentäre
Messung sollte allerdings nur als Anhaltspunkt verwendet werden. Genauere Ergebnisse
lassen sich erst mittels bestimmter Algorithmen ermitteln, die in vielen Softwarelösungen zur
akustischen Vermessung von Räumen zur Anwendung kommen.
In der Regel liefert jedoch das Messen der Nachhallzeit genauere und praktikablere
Ergebnisse, da etwaige Ungenauigkeiten bei der Berechnung der verschiedenen
Absorptionsgrade entfallen. (vgl.: Friesecke 2012, S. 39-47)
Für kommerzielle Studios und Räume, in denen Klang produziert und beurteilt wird,
existieren teilweise internationale Normen, welche eine bestimmte Nachhallzeit vorsehen.
Auch für Büroräume und andere Arbeitsplätze sind Normen die Nachhallzeit betreffend
einzuhalten. Da in diesen Räumen aber meist nicht auf einen ebenen Frequenzverlauf Wert
gelegt wird, sind diese Nachhallzeit recht einfach mit klassischen Materialien aus dem
Bauwesen zu erreichen.
Abseits davon gibt es einige Richtwerte für die mittleren Nachhallzeiten in bestimmten
Räumen:
Regieraum: 0,3s
Aufnahmeraum: 0,5s
Konzertsaal: 2s-2,8s
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Medientechnik
Kirche: 2s-3s
Grundsätzlich lässt sich sagen, dass die Nachhallzeit mit dem Volumen des Raumes meist
ansteigt. (vgl.: Everest 2009, S. 170f)
2.3.
Beugung
Obwohl Schallwellen von Oberflächen reflektiert oder absorbiert werden, können sie sich
unter bestimmten Voraussetzungen um ein Objekt herum beugen.
Eine dieser Voraussetzungen ist, dass das in Frage kommende Objekt einen kleineren
Durchmesser besitzt als die Wellenlänge eines Signals. Je kleiner das Objekt, desto kleiner
wird auch der sogenannte akustische Schatten, den es wirft. Umgekehrt wird der Schatten
desselben Objekts größer, je kürzer die Wellenlänge eines Signals wird.
Das Prinzip der Beugung findet bei Schallschutzwänden an Autobahnen Verwendung: Sie
müssen so groß dimensioniert sein, dass der von den Fahrzeugen verursachte Schall sich
nicht um die Wände beugt, sondern nur nach oben abgestrahlt wird.
Zu beachten gilt, dass in geschlossenen Räumen meist selbst dann noch Schall hinter
einem Objekt zu hören sein wird, wenn es um einiges größer als die Wellenlänge des
Signals ist. Dies liegt an den Reflexionen von Decke, Wänden und unter Umständen auch
Boden, die sich zwar nicht um das Objekt beugen, sondern es einfach umgehen. (vgl.:
Friesecke 2012, S. 30 und 31)
3. Physikalische Grundlagen
Bei jeder Art von Projekt hilft es, schon im Vorfeld einen genauen Plan und genaue
Vorstellungen über Ablauf und Endprodukt zu haben. Bei der raumakustischen
Optimierungen gibt es einige essentielle Dinge zu beachten, die den gesamten Prozess
negativ oder positiv beeinflussen können.
3.1.
Die Notwendigkeit der akustischen Optimierung
Die wenigsten Räume sind akustisch optimal konstruiert. Oftmals wird ein bestehender
Raum seines Zwecks als Wohnzimmer oder Keller entfremdet, um dann als Aufnahme oder
Regieraum zu dienen. Sofern ein Raum nicht bereits von bei seiner Errichtung mit dem
Gedanken geplant wurde, klanglich für den jeweiligen Zweck perfekt zu sein, ergeben sich
in so gut wie jedem Fall Probleme.
Das Konzept der Raumakustik ist bereits sehr alt. Schon im Altertum erkannte man die
Probleme bei der Übertragung von Schall an einen oder mehrere Zuhörer. Amphitheater
und Kirchen wurden bereits vor hunderten von Jahren so errichtet, dass das Publikum den
oder die SprecherIn perfekt verstehen konnte. Obwohl in längst vergangen Zeiten natürlich
nie Schall mittels Elektrizität erzeugt wurde, kamen bereits damals grundlegende Mittel zur
Optimierung von Raumakustik, die auch heute noch Verwendung finden. In Kirchen etwa
wurden hinter dem Prediger konkave Alkoven in das Mauerwerk eingelassen, um die
Reflexionen seiner Stimme direkt an die Gläubigen zu tragen, und so die Verständlichkeit zu
erhöhen. Obwohl sich bis heute die Produktions- und Distributionstechniken von
akustischen Signalen erheblich verändert haben, so handelt es sich immer noch um die
16
Medientechnik
gleichen Prinzipien: Das Publikum sitzt heute vielleicht nicht mehr immer in einer Kirche
oder einem Amphitheater, dennoch möchte es Musik und Sprache in einer gewohnten
Qualität empfangen können. Vor allem im Bereich der Musikproduktion in Tonstudios wird
daher der unverfälschten Beurteilung von aufgezeichneten Signalen großer Wert
beigemessen. Wenn ein Song in einem kleinen, mit Betonwänden ausgekleideten Raum im
Keller gemischt wird, wie kann eine TontechnikerIn dann beurteilen, ob der Klang
letztendlich seinen oder ihren Vorstellungen und denen des Zielpublikums entspricht?
Sieht man den Raum, in dem ein Klang erzeugt wird, als System, so durchläuft jedes
beliebige Signal auf dem Weg von Erzeuger und Empfänger dieses System und wird von
diesem beeinflusst. Erzeuger und Empfänger können hierbei unterschiedliche Objekte oder
ihrerseits Systeme sein. Als Erzeuger kann beispielsweise eine Sängerin fungieren, als
Empfänger in diesem Fall ein Mikrofon. Umgekehrt kann der Erzeuger auch ein
Lautsprecher sein, während der Empfänger ein Tontechniker ist, der versucht den Klang zu
beurteilen und zu bearbeiten. Auch bei einfachsten Konversationen zwischen zwei
Menschen durchläuft der Schall das System Raum auf seinem Weg. Obwohl es theoretisch
möglich wäre, gibt es in der Realität kein lineares System. Diese bedeutet, dass, egal wie
ausgereift es auch sein mag, jedes System die es durchlaufende Information verändert.
Das Ziel der Raumakustik ist es nicht unbedingt, das System Raum so linear wie möglich zu
machen. Vielmehr soll es vorhersehbar und optimal an die jeweiligen Aufgaben angepasst
arbeiten. In einer Wohnung klingt ein leeres Zimmer immer leer, groß und unbehaglich.
Dafür wird in der Regel automatisch Abhilfe geschaffen, in dem dieses Zimmer eingerichtet
wird. Wäre dies aber nicht der Fall, würden die BewohnerInnen früher oder später dazu
übergehen, die Wände mit Absorbern zu bearbeiten um dem Raum etwas von seiner
langen Hallfahne zu nehmen und ihn dadurch behaglicher zu machen.
In der professionellen und semi-professionellen Welt der Tonbearbeitung und Produktion
sollte natürlich besonders auf ein gutes Raumklangbild wert gelegt werden. Schließlich kann
der beste Song massiv an Wert verlieren, nur weil bei der Mischung in einem Raum die
Hochmitten überdämpft waren, und er nun unangenehm schrill klingt. Leider wird gerade bei
unerfahrenen Studiobesitzern das Thema Raumakustik oft erst nach Mikrofonen,
Mischpulten, und Outboard-Equipment bedacht. Dabei kann mit ein wenig Wissen und
wenig Budget bereits ein massiver Unterschied in der Qualität gemacht werden, wie die
nächsten Kapitel demonstrieren werden. (vgl.: Gallagher 2007, S. 2-5)
3.2.
Bestandsaufnahme
Zunächst sollte geklärt werden, welchen Zweck ein Raum haben soll.
Ein Regieraum hat andere Anforderungen als ein Aufnahmeraum. Wieder andere
Voraussetzungen muss ein kleines Heimkino erfüllen. Ist man sich dieser Anforderungen
nicht im Vorfeld bewusst, können leicht falsche oder unzureichende Maßnahmen gesetzt
werden. Als Nächstes sollte der in Frage kommende Raum genau untersucht werden.
Welche Materialien finden sich an Boden, Wände und Decke? In welchem Geschoß liegt
der Raum? Dies ist gleich aus zwei Gründen von Bedeutung: Zum einen muss eventuell auf
Anrainer Rücksicht genommen werden, was einer stärkeren Isolation nach außen
entspräche. Zum anderen muss natürlich auch in Betracht gezogen werden, ob nicht
vielleicht Geräusche von außen in den Raum dringen. Wenn alle halben Stunden direkt vor
dem Fenster ein Zug vorbei fährt, sollte man auch hier an entsprechende Isolation denken.
17
Medientechnik
In der Regel erschweren Erker, Fensternischen und Türen auch die Berechnung der
akustischen Eigenheiten eines Raumes, da diese die Verläufe von Reflexionen und
potentiellen Phasenauslöschungen ungemein verkomplizieren.
Nun gilt es zu entscheiden, welche Einrichtung im Raum zum Einsatz kommen soll, und wo
diese positioniert wird. Besonderes Augenmerk ist hierbei auf kritische Punkte wie die
Position der Lautsprecher und einer oder mehrerer Abhörpositionen zu richten. Außerdem
sollte man immer in die Zukunft denken. In einem Regieraum sind beispielsweise oft mehr
als eine Person anwesend. Zunächst bringen mehr Personen auch mehr
Absorptionsoberfläche, was in der Berechnung der Nachhallzeit entscheidende
Auswirkungen haben kann. Die anwesenden Personen werden voraussichtlich auch
irgendwo sitzen wollen. Große Sitzgelegenheiten wie Sofas sind zwar nicht als
Standardmaßnahme zur Dämpfung von tiefen Frequenzen anzusehen, sie tun es aber
dennoch. Wird bei der Planung nicht auf solche Faktoren Rücksicht genommen, werden
eventuell mehr Absorber aufgestellt als notwendig, was einerseits in erhöhten Kosten und
andererseits sogar in einer Überdämpfung des Raumes resultieren kann.
Zuletzt muss noch an die Kosten des Projektes gedacht werden. Mit unendlich viel Kapital
wäre es möglich, aus beinahe jedem Raum einen perfekten Klang heraus zu arbeiten.
Da gerade im semiprofessionellen Home- oder Projektstudie selten größere Geldmittel zur
Verfügung stehen müssen früher oder später Kompromisse geschlossen werden. Wie diese
aussehen muss, sollte von Situation zu Situation entschieden werden. (vgl.: Gallagher 2007,
S. 34-37)
3.3.
Räume akustisch vermessen
Grundsätzlich sollten alle Messungen dort durchgeführt werden, wo sich später die
Abhörposition befinden soll. Es macht allerdings durchaus Sinn, in einem kleinen Radius um
die Abhörpositionen mehrere Messungen durchzuführen, um später ein wenig mehr
Bewegungsfreiheit zu gewinnen, in dem der „Sweet Spot“ größer konzipiert wird. In der
Regel wird für alle softwaregestützten Messungen eine ähnliche Ausstattung benötigt:
Zunächst muss ein Rechner vorhanden sein. Da heute Analysesoftware für PC entwickelt
wird, ist es empfehlenswert, solch ein System zu verwenden. Obwohl sich manchmal gute
Resultate mit emulierter Windows-Umgebung auf Mac erzielen lassen, sollte man sich nicht
auf deren Funktionieren verlassen. Als nächstes wird eine Soundkarte mit der Fähigkeit
benötigt, gleichzeitig aufnehmen und wiedergeben zu können. Nun wird an den Eingang der
Soundkarte ein Messmikrofon, an den Ausgang der Soundkarte ein Lautsprecher
angeschlossen. Wird nun ein Testsignal vom Computer aus abgespielt, kann dieses über
das Mikrofon aufgenommen und analysiert werden. Einige Programme erlauben auch, das
Testsignal direkt aus einem Eingang der Soundkarte in einen Ausgang zu leiten, wo es als
Referenz zum ursprünglichen Signal dient, um so den Frequenzgang der Soundkarte
ausgleichen zu können.
Mittlerweile gibt es unzählige Softwarelösungen zur akustischen Vermessung von Räumen.
Je nach Ausstattung und damit meist auch Preis lassen sich die verschiedensten Schlüsse
aus den Ergebnissen ziehen. Die wahrscheinlich meistverwendete Technik bedient sich
dabei der Folge maximaler Länge, kurz MLS-Verfahren genannt (englisch für „maximumlength sequence). Hierbei handelt es sich um „... eine pseudo-zufällige, binäre Folge, mit
der ein Raum angeregt wird. Für den Zuhörer klingt diese Folge nach normalem Weißen
18
Medientechnik
Rauschen.“ Der Unterschied zu diesem besteht allerdings darin, dass der Raum stärker
angeregt werden kann. Dies resultiert einerseits in einer besseren Analyse der tiefen
Frequenzen, andererseits wird ein besseres Verhältnis von Testsignal und Störgeräuschen,
beispielsweise verursacht durch Klimaanlage, Heizung oder Straßengeräuschen, erreicht.
Zunächst wird die Impulsantwort des Raumes ermittelt. Aus dieser kann über die FourierTransformation der Frequenzgang des Raumes ermittelt werden. Ebenfalls kann die
Nachhallzeit über das gesamte Spektrum errechnet werden. Die gewonnen Erkenntnisse
können dann mit entsprechenden Maßnahmen aufgearbeitet
werden.
Es bedarf aber nicht immer nur einer manchmal teuren Software,
um akustische Messungen durchzuführen: ein simpler
Schallpegelmesser wie das hier abgebildete PCE-999 der Firma
PCE Instruments ist günstig zu erwerben, kann aber bereits eine
Menge bewirken. Raummoden (siehe Kapitel 4.1.) können damit
bereits recht zuverlässig analysiert werden. Ebenso kann damit
durch das Herumgehen im Raum ein guter Eindruck von den
unterschiedlichen Druckverhältnissen an verschiedenen
Positionen gewonnen werden.
(vgl.: Friesecke 2012, S.133-142)
3.4.
Unterschiede zwischen Messung und Berechnung
Abb. 4:
Schallpegelmessgerät (PCE
2012, o.S.)
Beide Aspekte, sowohl Messung als auch Berechnung, sollten bei
einem raumakustischen Projekt bedacht werden. Dennoch gibt es Vor- und Nachteile
sowohl des einen als auch des anderen.
Obwohl Berechnungen oft schneller Ergebnisse als Messungen liefern, gerade wenn ein
aufwändiger Messaufbau benötigt wird, hat sie doch einige Nachteile. In der Raumakustik
gibt es viele Faktoren, die nicht immer genau bekannt sind. So kann etwa der
Absorptionskoeffizient einer Oberfläche von einer Tabelle abweichen, weil die Materialien
leicht unterschiedlich sind. Werden wirklich exakte Ergebnisse benötigt, müsste selbiges
Material erst auf seine Eigenschaften untersucht, also vermessen werden. Ebenso kann bei
einer komplexeren Raumgeometrie etwa das berechnete Ergebnis der Nachhallzeit massiv
vom gemessene Wert abweichen – einfach deswegen, weil mehr Faktoren zu bedenken
wären, als Zeit oder Wissen erlauben. Dennoch, gerade in der Anfangsphase eines
Projektes haben Berechnungen einen hohen Wert, da sie in kurzer Zeit bereits einen guten
Eindruck der Gegebenheiten liefern können. Für die Abstimmung der Korrekturmaßnahmen,
wie den Bau von Absorbern oder Resonatoren, gibt es ohne Berechnung kein Auskommen:
Selbst wenn gemessene Ergebnisse von Reflexionen oder Nachhallzeiten vorliegen,
müssen die Dimensionen der gewünschten Bauteile an die Messungen angepasst ermittelt
werden.
Speziell für die Feinabstimmung eines Raumes hat die akustische Vermessung einen
hohen Wert. Nachdem oder während Korrekturmaßnahmen gesetzt werden, gibt eine
Messung einen sehr schnellen Überblick, ob das gewünschte Ergebnis tatsächlich erreicht
wurde. Sofern das Messsystem richtig kalibriert wurde, sind die Schlüsse, die aus einer
Auswertung gezogen werden, wesentlich praktikabler als rein berechnete Werte. Eine
19
Medientechnik
Tontechnikerin könnte sich die Frage stellen, ob auf der Abhörposition wirklich eine
Drucküberhöhung bei 400Hz vorliegt. Um ganz sicher zu gehen, ist Nachmessen hier
definitiv der richtige Weg. Viele Analysesysteme bieten darüber hinaus eine grafische
Aufbereitung mit Farben und unterschiedlichen Einheiten an – ein nicht zu unterschätzender
Vorteil, wenn komplexere Daten veranschaulicht werden sollen.
Ein Nachteil liegt in den Kosten: Analysesoftware beinhaltet meist viele Algorithmen, die
sich ein Hersteller natürlich nicht umsonst erdacht haben will. Dementsprechend kann, je
nach Ausstattung, eine dieser Lösungen leicht das Budget der Besitzer kleinerer Home- und
Projektstudios sprengen.
4. Problematische akustische Phänomene
Nicht umsonst gilt die Raumakustik als eines der komplexesten Teilgebiete der
Audiotechnik. Die einzelnen physikalischen Grundlagen von Schall sowie die Eigenschaften
der ihn umgebenden Medien wirken auf so viele Arten aufeinander ein, dass manchmal gar
nicht alle dieser Wechselwirkungen bedacht werden können. Einige davon haben jedoch
massiven Einfluss auf die klangliche Qualität eines Raums, und dürfen daher nie außer Acht
gelassen werden. Einige dieser Phänomene werden nachfolgend vorgestellt.
4.1.
Raummoden
Sogenannte Raummoden, auch stehende Wellen genannte, entstehen zwischen zwei
parallelen, reflektierenden Oberflächen. Die Frequenzen dieser Wellen hängen dabei direkt
mit den Dimensionen des Raumes, dem Abstand der beiden Oberflächen zueinander
zusammen. Die natürliche Frequenz f1 eines Raumes ist definiert als jene Frequenz, deren
halbe Wellenlänge genau der Strecke zwischen den beiden Oberflächen entspricht. Wird
beispielsweise ein Sinuston der Eigenfrequenz des Raumes an einer Oberfläche erzeugt,
bewegt sich die Welle auf die gegenüberliegende Wand zu, wird dort reflektiert und gelangt
an den Ausgangspunkt zurück. Zu diesem Zeitpunkt ist die Periodendauer T vergangen,
und die Welle hat die Wellenlänge λ zurückgelegt.
Der Abstand zwischen zwei Wänden oder Oberflächen hat aber nicht nur eine
Resonanzfrequenz: alle ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz f1 bilden ebenfalls
stehende Wellen, diese werden Raummoden der Ordnung n genannt, abhängig von dem
Vielfachen der Grundfrequenz. Die Formel für die Berechnung jeder Raummode lautet:
fn =
!∗!
!∗!
mit
n = Ordnung der Raummode; n = 1 entspricht der Grundfrequenz eines Raumes
c = Schallgeschwindigkeit in m/s
d = Abstand der Oberflächen zueinander in m
(vgl.: Everest 2009, S. 223-230)
Nun hat ein Raum meist nicht nur zwei parallele Wände, demzufolge muss es in einem
idealisierten quaderförmigen Raum drei natürliche Frequenzen geben, von denen wiederum
20
Medientechnik
höhere Ordnungen vorhanden sind. Allerdings existieren darüber hinaus auch Raummoden,
die sich über Reflexionen an vier oder sechs Wänden bilden. Wird eine stehende Welle
zwischen zwei Wänden reflektiert, handelt es sich um eine axiale Mode, bei vier Wänden
um eine tangentiale und bei sechs Wänden um eine oblique Mode.
Geht man von einem perfekten quaderförmigen Raum aus, kann jeder dieser Moden mit
folgender Formel berechnet werden, vorausgesetzt seine Dimensionen (Länge, Breite,
Höhe) sind bekannt:
f=
!
!! !
!
!
+
!! !
!
+
!! !
!
mit
c = Schallgeschwindigkeit in m/s
nl, nb, nh = Ordnung der Mode in der jeweiligen Richtung
l, b, h = Länge, Breite, Höhe des Raumes in m
Setzt man für zwei der Ordnungsvariablen 0 und eine ganze Zahl n für die dritte ein, so
erhält man die axiale Mode der Ordnung n in der jeweiligen Richtung.
Wird nur ein Wert 0 gesetzt, während für die anderen beide Werte eine ganze Zahl gesetzt
werden, gibt die Formel die tangentiale Mode der Ordnung n aus. Wird für nl, nb und nh eine
ganze Zahl eingesetzt, ergibt sich die jeweilige oblique Mode der Ordnung n.
Für die Raumakustik sind Raummoden deshalb interessant, da sie zu unterschiedlichen
Druckverhältnissen und damit unterschiedlich wahrgenommen Frequenzen an bestimmten
Punkten im Raum führen. Die energiereichsten und damit problematischsten Moden sind
dabei immer die Axialmoden, sie verlieren weniger schnell Energie durch weniger
Reflexionspunkte, an denen immer auch Energie absorbiert wird.
Obwohl die Orte der entstehenden Druckmaxima aus der Wellenlänge errechnet werden
können, kann dies mittels einer einfachen Messung auch veranschaulicht werden. Zunächst
wird ein Sinuston einer natürlichen Frequenz des Raumes abgespielt. Nun bewegt man sich
mit einem Schallpegelmesser durch den Raum, und beobachtet, an welchen Stellen
Lautstärkespitzen auftreten. Sind diese gefunden, können diese auf einem Plan oder mit
einer kleinen Markierung am Boden festgehalten werden. (vgl.: Everest 2009, S. 231-237)
Die vielleicht sicherste Variante, Raummoden in den Griff zu bekommen, ist das Aufstellen
eigens auf diese Raummoden gestimmter Resonatoren. Je präziser diese auf die jeweilige
Frequenz gestimmt sind, desto besser. Diese bedarf allerdings präziser Berechnungen und
nicht unerheblicher handwerklicher Erfahrung. (siehe Kapitel 5.3.)
Eine sehr einfache, aber manchmal problematische Vorgehensweise ist die Verwendung
von Breitbandabsorbern. Diese großen Blöcke aus absorptivem Material wie Steinwolle
oder Schaumstoff absorbieren Teile der Energie einer Welle. Es ergeben sich allerdings
zwei Nachteile: Raummoden treten vor allem im Bassbereich auf, in dem die Wellenlängen
sehr groß sind. Wie in Kapitel 5.2. beschrieben wird, benötigt ein Absorber mindestens eine
Dicke von λ /4, um eine Welle absorbieren zu können. Dies führt zu großem Materialbedarf
und in vielen Räumen auch zu Platzproblemen.
Ein weiterer Nachteil ist die Ungenauigkeit dieser Absorber. Bei ausreichender
Dimensionierung absorbieren sie vielleicht die gewünschte Frequenz, aber auch höhere
21
Medientechnik
Frequenzen, die vielleicht im restlichen Raum schon gedämpft wurden. Dies kann zu einer
Überdämpfung des Raumes und einem unangenehmen Frequenzgang führen.
4.2.
Kammfiltereffekte
Kammfiltereffekt nennt man ein Phänomen, bei dem ein Signal von einer zeitverzögerten
Kopie oder Reflexion überlagert wird, was im Frequenzspektrum sowohl positive, aber auch
negative Effekte hervor ruft. Dabei werden aber nicht alle Frequenzen gleich betroffen. Wird
das zweite Signal genau um die Periodendauer einer bestimmten Frequenz verzögert,
kommt es bei dieser Frequenz und allen ganzzahligen Vielfachen derselben zu einer
Überlagerung, bei der die Amplitude des Signals verdoppelt wird:
Betrachtet man nun das selbe Signal anhand einer Frequenz, deren Periodendauer dem
Doppelten der Verzögerungsdauer entspricht,
kommt es zu Auslöschungen, da die beiden Signale
nun um 180° phasenverschoben sind.
Bei allen Frequenzen, die einem ungeraden
Vielfachen dieser Frequenz entsprechen, kommt es
demzufolge ebenfalls zu Auslöschungen. Betrachtet
man das Frequenzspektrum anhand des Pegels, so
ergibt sich für das Muster aus Auslöschungen ein
Bild ähnlich zu Abbildung 5.
In der Raumakustik werden Kammfiltereffekte vor
allem von unsymmetrischer Aufstellung der
Lautsprecher sowie von Erstreflexionen an Wänden,
Abb. 5: Kammfiltereffekt (Jocavi 2010, o.S.)
Boden und Decke verursacht, die sich mit dem
Originalsignal aus dem Lautsprecher überlagern.
Während die Situation der Lautsprecher meist recht schnell behoben werden kann, ist für
die Reflexionen ein bisschen mehr Aufwand vonnöten. In der Regel wird ein Raum aufgrund
seiner Nachhallzeit ohne hin mit absorbierendem Material bearbeitet. Dieses sollte nun vor
allem dort angebracht werden, wo Erstreflexionen Kammfiltereffekte verursachen werden.
Dies ist meist in dem Bereich zwischen Abhörposition und Lautsprecher der Fall. In
manchen Fällen wäre das Anbringen sehr großer Mengen absorptiven Materials vonnöten,
um die Reflexionen in den Griff zu bekommen. Hier kann ein Diffusor Abhilfe schaffen.
Dieser zerstreut Reflexionen durch eine unregelmäßige Oberfläche, ohne allerdings den
Raum weiter zu dämpfen. Die Verwendung eines Diffusors statt eines Absorbers kann in
bereits stark gedämpften Räumen zu einem lebhafteren Klangbild führen. (vgl.: Everest
2009, S. 138f)
5. Module und Materialien für akustische Optimierung
Im nun folgenden Kapitel werden einige Konstruktionen vorgestellt, welche einen positiven
Effekt auf die Raumakustik haben können, in dem sie einige negative Eigenschaften eines
Raumes abschwächen oder negieren können.
22
Medientechnik
5.1.
Irrtümer
Über die Jahre haben sich viele Irrtümer im Bereich der Raumakustik entwickelt, die vor
allem Einsteiger in diesem Gebiet verwirren können. Einer der hartnäckigsten Fälle ist der
Irrglaube, an die Wände angebrachte Eierkartons hätten einen positiven Effekt auf die
Raumakustik. Durch das meist sehr dünne Material haben diese nur einen geringen
Absorptionseffekt in höheren Frequenzen – ein Bereich, der ohnehin meist bereits durch die
restliche Einrichtung oder Breitbandabsorber ausreichend gedämpft ist. Im Gegenteil, durch
das Anbringen zusätzlicher und unnötiger Absorption in diesem Frequenzbereich kann ein
Raum schnell leblos und unangenehm klingen.
Eine interessante Frage im Zusammenhang mit Irrtümern ergibt sich den Einsatz eines
Equalizers betreffend. Wenn bestimmte Resonanzfrequenzen im Raum Probleme
verursachen, warum filtert man diese nicht mit einem den Lautsprechern vorgeschalteten
EQ heraus? Zunächst einmal bedarf es eines qualitativ höchstwertigen Gerätes, um
überhaupt brauchbare Ergebnisse erzielen zu können, ohne dabei einen permanenten
Geräuschteppich durch das Rauschen des Gerätes in Kauf nehmen zu müssen. Hinzu
kommt, dass selbst die besten parametrischen Equalizer nie so schmalbandig operieren,
dass nur genau eine Frequenz herausgefiltert werden kann – es werden immer auch die
benachbarten Bänder betroffen sein, was offensichtlich auch wieder Klangeinbußen zur
Folge hat. Wie bereits in einem vorherigen Kapitel geschrieben, gibt es in der Praxis keine
linearen Systeme. Daraus folgt, dass selbst das beste Gerät eine Klangfärbung einbringt.
Nicht nur, dass dies dem ganzen Prinzip der Raumakustik im Tonstudiobereich, Schall so
authentisch wie möglich wiedergeben und beurteilen zu können, widerstrebt. Ein so
hochwertiger Equalizer kostet wahrscheinlich um einiges mehr, als alle anderen
Maßnahmen zusammen ausmachen würden. Es ist also ersichtlich, dass die präziseste und
zuverlässigste Methode, akustische Probleme zu beseitigen, bauliche Maßnahmen oder die
Verwendung speziell auf einen Raum abgestimmte Bauteile sind. Einige dieser
Komponenten werden in den nachfolgenden Kapiteln beschrieben. (vgl.: Gallagher 2007, S.
41 und 55)
5.2.
Absorber
Wie bereits in Kapitel 2 beschrieben, verlieren Schallwellen unterschiedlich schnell an
Energie, wenn sie durch unterschiedliche Materialien bewegen. In Räumen bewegen sich
Schallwellen durch Luft, bevor sie das menschliche Ohr oder ein anderes Hindernis
erreichen. Um möglichst viel der Bewegungsenergie der Teilchen durch Reibung auf das
absorptive Material übergehen zu lassen, sollte es eine offene Porenstruktur aufweisen.
Liegen die Fasern oder Partikel nicht nahe genug beieinander, ist die Reibung nicht groß
genug, und der Absorptionsgrad sinkt. Ist das Material zu dicht, wird Schall eher reflektiert
als absorbiert. Ein guter Mittelweg findet sich in allen Arten von Schaumstoff. Dabei ist
eigens für diesen Zweck konzipierter Akustikschaumstoff zu bevorzugen. Bei Auflösung
kleinerer Studios können manchmal billig größere Mengen dieses Schaumstoffes bezogen
werden. Allzu oft wird aber der Fehler gemacht, den ganzen Raum mit Schaumstoff zu
dämpfen, meist nur mit einer Lage. Dies resultiert in einer Überdämpfung der Höhen,
während die Bässe kaum beeinträchtigt werden. Grund dafür ist, dass „... offenporiges
Material mindestens eine Dicke d = λ / 4 vor einer Wand haben muss, um überhaupt im
vollen Ausmaß auf die jeweilige Frequenz wirken zu können.“ (Everest 2009, S. 185 und
186) Um tiefere Frequenzen ebenfalls zu dämpfen, dabei aber Material zu sparen, können
23
Medientechnik
Absorber auch ein wenig vor einer Wand aufgehängt werden, um den entstandenen
Luftspalt zu nützen. Bei einer Dicke des Materials von 2,5cm und einem Luftspalt von 5cm
kann der Absorptionsgrad um bis zu 100% gesteigert werden – abhängig vom verwendeten
Material. In höheren Frequenzen verliert dieser Effekt zusehends an Wirkung. Durch die
geringeren Wellenlängen in diesem Bereich werden hohe Frequenzen von immer weniger
Material ausreichend absorbiert. (vgl.: Everest 2009, S. 191)
Meist hat eine Seite der Akustikschaumstoffplatten ein pyramidenförmiges Relief, das bei
höheren Frequenzen einen leichten Diffusionseffekt hat – es zerstreut Reflexionen. Werden
zwei gleich große Schaumstoffplatten aber mit den Pyramiden ineinander gesteckt, entsteht
ein solider Block. Die daraus resultierenden Bauteile werden Breitbandabsorber genannt, da
sie einen größeren Frequenzbereich beeinflussen. Um auch tiefere Frequenzen absorbieren
zu können, können mehrere dieser Blöcke auf einander gestapelt und beispielsweise mit
einem Holzrahmen fixiert werden. Auf diese Weise erhält der Absorber mehr Tiefe bei
gleichbleibender Fläche. Zu beachten gilt, dass alle Frequenzen oberhalb der tiefst
möglichen zu absorbierenden Frequenz ebenfalls und stärker absorbiert werden.
Außer Akustikschaumstoff können diverse andere Materialien verwendet werden, wie Glasoder Steinwolle. Zu beachten gilt es hier, das Material mit Stoff zu umwickeln, sodass keine
Fasern in die Luft gelangen können – diese reizen Augen, Haut und Atemwege. Diese
Maßnahme braucht mit Akustikschaumstoff nicht getroffen zu werden.
Wie bereits in Kapitel 4.2 erklärt, empfiehlt sich das Anbringen der Absorber an jenen
Stellen, an denen Erstreflexionen gemindert werden sollen. Großvolumige Absorber für den
Bassbereich müssen nicht nur tief genug, sondern auch großflächig genug sein, speziell
wenn sie vor der Wand abgehängt werden. Ist der Durchmesser der Oberfläche dabei
kleiner als die jeweilige Wellenlänge, kann sich Schall um den Absorber herum beugen.
(siehe Kapitel 2) Grundsätzlich kann gesagt werden, dass sich Absorber vor allem für
höhere Frequenzen eignen. Tiefere Frequenzen können am Besten mit Resonatoren
beeinflusst werden. (vgl.: Friesecke 2012, S.60)
5.3.
Resonatoren
Anders als Absorber, die auf einen großen Frequenzbereich wirken, müssen Resonatoren
beim Bau auf eine Frequenz „gestimmt“ werden. Sie sind für jede Frequenz zwischen
100Hz und 400Hz geeignet – dies macht sie bestens geeignet, um Raummoden zu
dämpfen, da diese vorwiegend in tiefen Frequenzen vorkommen.
Von der Funktionsweise verhalten sich diese Module ganz anders als Absorber. Während
diese die Schallenergie durch Reibung in Wärme abführen, wandeln Resonatoren
Schallenergie in kinetische Energie um. Eine einfache und relativ leicht zu konstruierende
Form eines Resonators ist der Plattenabsorber. Er besteht aus einem luftdichten, an einer
Seite offenen Hohlraum. Dies kann eine eigens dafür gebaute rigide Holzkiste oder sogar
eine Fensternische sein. Über die offene Seite wird nun eine Platte montiert – meist besteht
diese aus Sperrholz oder dicker Folie. Die Verbindung von Platte zu Kiste muss ebenfalls
dicht sein.
Zu dick darf die verwendete Platte ebenfalls nicht sein, da sie noch schwingen können
muss. Die Resonanzfrequenz ergibt sich nun aus folgender Formel:
24
Medientechnik
f=
!""
!∗!
mit
f = Resonanzfrequenz in Hz
m = Masse der Platte in kg/m2
d = Tiefe des in der Kiste eingeschlossenen Hohlraums in cm
Wie zu erkennen ist, hängt die Frequenz hochgradig vom verwendeten Plattenmaterial ab.
Hier ist auch ein Kompromiss zwischen Biegsamkeit der Platte und Masse zu schließen.
Eine dickere Platte senkt zwar die zu absorbierende Frequenz, kann aber bei zu wenig
Biegsamkeit den Wirkungsgrad des Plattenabsorbers beeinträchtigen.
Resonatoren werden im Raum dort montiert, wo stehende Wellen ihre Druckmaxima
aufweisen – dies ist meist in Ecken und an Wänden der Fall. (vgl.: Friesecke 2012, S. 153f)
5.4.
Diffusoren
Wie der Name schon sagt, sollen Diffusoren Schall verteilen, also großflächig reflektieren.
Im Prinzip bietet jede Oberfläche mit vielen kleineren Erhöhungen und Vertiefungen diese
Eigenschaften. Allerdings werden die beste
Resultate dadurch erzielt, die Dimensionen des
Reliefs mathematisch zu berechnen. Auf diese
Weise wird sicher gestellt, dass Reflexionen
über einen möglichst großen Frequenzgang
gestreut werden. Diffusoren für engere
Frequenzbänder können beispielsweise schon
mithilfe einer Folge maximaler Länge berechnet
werden.
Diffusoren eignen sich in Räumen, die schon
stark gedämpft sind, aber immer noch Probleme
mit Reflexionen aufweisen. Da sie meist aus
Holz gefertigt sind, haben sie kaum absorptive
Qualitäten und können Problemreflexionen
zerstreuen, ohne den Raum noch weiter zu
dämpfen. Aufgrund ihrer Größe und teilweise
sehr massiven Ausführung können Diffusoren
beträchtliches Gewicht aufweisen. Eine stabile
Abb. 6: Diffusor (Auralex 2012, o.S.)
und sichere Montage ist daher von besonderer
Wichtigkeit. (vgl.: Friesecke 2012, S. 177-178)
25
Medientechnik
6. Anwendung akustischer Maßnahmen
Im nun folgenden Kapitel sollen anhand eines fiktiven Raumes viele der in dieser Arbeit
vorgestellten Verfahren und Prinzipien vorgestellt werden. Die Reihenfolge und
Vorgehensweise ist dabei nicht als absolut gültig anzusehen. Unterschiedliche Räume
sollten immer mit einem individuell angepassten Ablauf behandelt werden.
Der zu testende Raum soll eine annähernd rechtwinklige Grundform besitzen. Er besitzt die
unten angeführten Grundmaße, eine Höhe von 2,5m und weist nur eine Tür und ein Fenster
auf. Der Boden besteht Holz, die Decke aus Beton. Die Seiten a, b, c und d bestehen
ebenfalls aus Holz. Seite d beinhaltet ein 50cm x 70cm (b x h) großes Glasfenster. Die Tür
hat die Maße 1m x 1,8m , soll aber geschlossen bleiben, während im Raum Betrieb
herrscht.
Der Raum soll vorwiegend für Stereo-Tonmischungen verwendet werden. Demzufolge
sollen ein Studiotisch, zwei Lautsprecher und ein Sofa Platz finden. In vollem Betrieb sollen
sich außerdem drei Personen im Raum befinden.
Abb. 7: Übersicht des zu bearbeitenden Raumes
26
Medientechnik
Zunächst werden die beiden Lautsprecher und der Studiotisch der Grafik entsprechend
angeordnet. Die Lautsprecher haben eine Frequenzgang von 55Hz-20kHz.
Nun soll die Nachhallzeit des Raumes berechnet werden. Die entsprechenden
Absorptionskoeffizienten finden sich in nachfolgender Tabelle:
Absorptionskoeffizienten
125Hz
250Hz
500Hz
1000Hz
2000Hz
4000Hz
Beton
0,01
0,01
0,01
0,02
0,02
0,02
Holz
0,15
0,11
0,10
0,07
0,06
0,07
Glas
0,35
0,25
0,18
0,12
0,07
0,04
Polstermöbel
0,50
0,65
0,80
0,85
0,80
0,70
Schaumstoff
0,05
0,20
0,45
0,70
0,85
0,90
0,70
0,85
0,90
1,00
1,00
1,00
0,50
0,65
0,80
0,85
0,80
0,70
20mm
Schaumstoff
200mm
Personen
Tabelle 1: Absorptionskoeffizienten (Friesecke 2012, S. 37)
Aus den Abmessungen des Raumes ergibt sich das Volumen V = 31,5m3.
Die Oberflächen werden nach Materialien zusammengefasst. Danach wird jede Fläche mit
ihrem entsprechenden Absorptionsgrad multipliziert. Durch das Einsetzen in die Formel aus
dem Kapitel „Absorption“ erhält man das Absorptionsvermögen bei einer Frequenz f.
Anschließend wird die Nachhallzeit RT60 =
!,!"! !
!!
berechnet.
Da die Größe des Studiotisches variieren kann, wird sein Effekt auf den Raum in dieser
Rechnung nicht beachtet werden.
Material
Fläche
125Hz
250Hz
500Hz
1000Hz
2000Hz
4000Hz
α
A*α
α
A*α
α
A*α
α
A*α
α
A*α
α
A*α
Holz
48,3
2
m
0,15
7,25
2
m
0,11
5,31
2
m
0,1
4,83
2
m
0,07
3,38
2
m
0,06
2,9
2
m
0,07
3,38
2
m
Beton
12,6
2
m
0,01
0,13
2
m
0,01
0,13
2
m
0,01
0,13
2
m
0,02
0,25
2
m
0,02
0,25
2
m
0,02
0,25
2
m
Glas
0,35
2
m
0,35
0,12
2
m
0,25
0,09
2
m
0,18
0,06
2
m
0,12
0,04
2
m
0,07
0,02
2
m
0,04
0,01
2
m
Polstermöbel
2m
2
0,5
1m
0,65
1,3
2
m
0,8
1,6
2
m
0,85
1,7
2
m
0,8
1,6
2
m
0,7
1,4
2
m
Personen
3m
2
0,4
1,2
2
m
0,55
1,65
2
m
0,7
2,1
2
m
0,75
2,25
2
m
0,7
2,1
2
m
0,6
1,8
2
m
2
27
Medientechnik
Gesamtfläche
9,69 m
Nachhallzeit
0,52s
2
8,48 m
2
8,72 m
0,6s
2
0,58s
7,63 m
2
0,67s
6,87 m
2
6,85 m
0,74s
2
0,74s
Tabelle 2: Werte des unbehandelten Raumes
Bevor nun absorptives Material angebracht wird, werden zunächst die axialen Raummoden
mittels der in Kapitel 4.1 vorgestellten Formel fn =
!∗!
!∗!
berechnet.
Daraus ergeben sich die Moden erster Ordnung für Längsseite, Breitseite und Höhe wie
folgt:
fl = 40,8Hz
fb = 57,2Hz
fh = 68,6Hz
Da sich die Moden erster Ordnung nahe am unteren Ende des Frequenzganges der
Lautsprecher befinden, wo in der Regel weniger Energie erzeugt werden kann, werden für
die weiteren Maßnahmen die Raummoden zweiter Ordnung,
fl2 = 81,7Hz
fb2 = 114,3Hz
fh2 = 137,2Hz
als Ausgangspunkt genutzt. Nun wird ein Plattenschwinger konstruiert, der auf 137Hz
gestimmt wird. Er wird mit der Formel f =
!""
!∗!
so konstruiert, dass der Luftpolster im
Inneren eine Tiefe von 8,6cm und die Platte ein Masse von ungefähr 2,2kg/m2 hat.
Um genügend Fläche zu generieren, auf welche die Raummode wirken kann, wird eine
Plattenoberfläche von 0,5m x 1m gewählt und der Resonator entsprechend gebaut. Für das
Aufstellen des Resonators wird nun ein Sinuston mit 137Hz abgespielt, und mit dem
Schallpegelmesser werden die Druckmaxima gesucht. Der Resonator wird nun so gut es
geht in einem dieser Druckmaxima positioniert, vorzugsweise in der Mitte der den
Lautsprechern gegenüberliegenden Wand.
Da der Raum vorwiegend für Tonmischungen ausgelegt sein soll, wird eine Nachhallzeit
von ~0,4s angestrebt. Um dies zu erreichen, soll die äquivalente Absorptionsfläche (Fläche
mit Absorptionsgrad 1) zunächst bei 125Hz um 2m2 gesteigert werden. Dazu wird hinter
jedem Lautsprecher ein 1,5m2 großer Absorber aus 200mm starkem Akustikschaumstoff
platziert. Gleichzeitig wird an Wänden und Decke zwischen Abhörposition und
Lautsprechern ebenfalls ein je 1m2 großer Absorber aus 20mm starkem Akustikschaumstoff
aufgehängt. Mit dieser Anordnung der Absorber werden einerseits Erstreflexionen an
Wänden und Decke auf dem Weg zur Abhörposition geschwächt, andererseits wird Schall
28
Medientechnik
gedämpft, der sich um die Lautsprecher herum beugen und ebenfalls unangenehme
Reflexionen verursachen könnte.
Um die endgültige Nachhallzeit nun zu berechnen, werden die von den Absorbern
bedeckten Flächen von den jeweiligen Materialien abgezogen, und mit den entsprechenden
Absorptionsgraden für Akustikschaumstoff multipliziert. Es ergeben sich damit folgende
finale Werte.
Material
Fläche
125Hz
250Hz
500Hz
1000Hz
2000Hz
4000Hz
α
A*α
α
A*α
α
A*α
α
A*α
α
A*α
α
A*α
Holz
42,3
2
m
0,15
6,35
2
m
0,11
4,65
2
m
0,1
4,23
2
m
0,07
2,96
2
m
0,06
2,54
2
m
0,07
2,96
2
m
Beton
11,6
2
m
0,01
0,12
2
m
0,01
0,12
2
m
0,01
0,12
2
m
0,02
0,23
2
m
0,02
0,23
2
m
0,02
0,23
2
m
Glas
0,35
2
m
0,35
0,12
2
m
0,25
0,09
2
m
0,18
0,06
2
m
0,12
0,04
2
m
0,07
0,02
2
m
0,04
0,01
2
m
Polstermöbel
2m
2
0,5
1m
0,65
1,3
2
m
0,8
1,6
2
m
0,85
1,7
2
m
0,8
1,6
2
m
0,7
1,4
2
m
Personen
3m
2
0,4
1,2
2
m
0,55
1,65
2
m
0,7
2,1
2
m
0,75
2,25
2
m
0,7
2,1
2
m
0,6
1,8
2
m
Schaumstoff
200mm
3m
2
0,7
2,1
2
m
0,85
2,55
2
m
0,9
2,7
2
m
1
3m
1
3m
1
3m
Schaumstoff
20mm
4m
2
0,05
0,2
2
m
0,2
0,8
2
m
0,45
1,8
2
m
0,7
2,8
2
m
0,85
3,4
2
m
0,9
3,6
2
m
Gesamtfläche
Nachhallzeit
2
2
2
11,08
2
m
11,16
2
m
12,61
2
m
12,99
2
m
12,89
2
m
13,01
2
m
0,46s
0,45s
0,4s
0,39s
0,39s
0,39s
2
Tabelle 3: Werte des fertig bearbeiteten Raumes
29
Medientechnik
Literaturverzeichnis
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Friesecke, A. (2012). Studio Akustik. Konzepte für besseren Klang. Bergkirchen: PPV Medien GmbH.
Gallagher, M. (2007). Acoustic Design for the Home Studio. Boston, MA: Course Technology.
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Weinzierl, S. (2008). Handbuch der Audiotechnik. Berlin: Springer-Verlag.
30