Die Crux der Raumakustik

Der Einfluss der Raumakustik auf das Hörerlebnis

Publiziert am 22. Februar 2001 - Daniel Schmid

Die Raumakustik wird definiert durch Häufigkeit, Richtung und Stärke der Reflexionen

Der Hörraum (es muss ja nicht immer das Wohnzimmer sein) hat einen entscheidenden Einfluss auf das Klangerlebnis. Bereits die Antike wusste um den Einfluss akustischer Gesetzmässigkeiten auf Klang und Sprachverständlichkeit. Die Form des Amphitheaters ist nicht aus Beliebigkeit entstanden. Unsere quaderförmigen Wohnräume mit ihren parallelen Wänden sind hingegen nicht ideal und produzieren unerwünschte akustische Artefakte in Form von Resonanzen und Reflexionen, welche die Raumakustik und damit das Klangerlebnis massgeblich mitbestimmen.

Die Raumakustik bestimmt die Wiedergabequalität

Impulsantwort in einem Raum. Deutlich sind die verzörgert eintreffenden ersten Reflexionen zusehen.

Schall breitet sich im freien Raum, ähnlich wie das Licht, geradlinig aus. Anders verhält es sich bei der Schallausbreitung in teilweise oder ganz geschlossenen Räumen, wo die Raumbegrenzungen den Schall mehr oder weniger stark reflektieren. In einem Raum erreichen nicht nur der Direktschall einer Schallquelle das Ohr des Hörers, sondern auch vielfältige Reflexionen von Wänden, Decke und Boden. Treten Schallwellen auf eine begrenzende Fläche, werden sie teilweise absorbiert und teilweise mit veränderter Phasenlage und Richtung in den Raum zurückgeworfen. Diese Reflexionen erzeugen den Raumeindruck, der sich von Raum zu Raum stark unterscheidet und nicht in der ursprünglichen Musik- oder Tonaufzeichnung enthalten ist. Die Akustik des Raumes definiert sich aus der Richtung, Stärke und der Häufigkeit, mit der Reflexionen im Vergleich zum Direktschall beim Hörer eintreffen. Der Mix aus Lautsprecherdirektschall und Raumakustik ergibt das tatsächliche Klangerlebnis am Hörplatz. Der entstehende Wiedergabeverlauf hat aufgrund der Verzerrungen der Raumakustik eine deutliche Abweichung vom Wiedergabeverlauf des Lautsprechers. Die gemessenen Amplitudenverläufe von Lautsprechern repräsentieren in der Regel den Schalldruckfrequenzgang im Freifeld und lassen Reflexionen von Wänden, Boden und Decke unberücksichtigt. Dies macht durchaus Sinn, da man kaum Kenntnis darüber besitzt, in welcher akustischen Umgebung der Lautsprecher betrieben wird. Der Amplitudenverlauf gibt daher nur eine unzuverlässige Auskunft, wie der Lautsprecher bei Ihnen zu Hause klingen wird, da die wichtige Komponente Raumakustik fehlt. Doch woraus setzen sich die Phänomene der Raumakustik zusammen?

Erste Reflexionen

Überlagerung zweier Schwingungen mit gleicher Amplitude und Frequenz. Bei 180 Grad Phasenunterschied entsteht eine komplette Auslöschung.

Erste Reflexionen – auch Early Reflections genannt - bestimmen das, was man gemeinhin unter der Akustik eines Raums versteht. Reflexionen treten immer dann auf, wenn die sich ausbreitende Schallwelle im Wohnraum auf eine Fläche trifft und von dieser auf den Hörer zurückgeworfen wird. Im allgemeinen treffen die ersten Reflexionenin in den ersten 50 ms nach dem Direktschall relativ vereinzelt am Hörplatz ein. Diese ersten Reflexionen bestimmen mit ihrem Pegel stark den primären Klangeindruck des Raumes. Mit zunehmender Zeit fallen die einzelnen Reflexionen immer dichter zusammen und verwischen sich zu einem abklingenden Nachhall. Das Problem mit den Reflexionen liegt darin, dass die reflektierte Schallwelle infolge der längeren Wegstrecke eine zeitliche Verzögerung erfährt. Die Zeitverzögerungen gegenüber dem Direktschall führen zu einer Phasenverschiebung zwischen den beiden Schallanteilen. Die Anteile von Reflexions- und Direktschall überlagern sich daher mit unterschiedlichen Phasenlagen. In der Addition der beiden Schallanteile entstehen Mischprodukte in Form von neuen harmonischen Schwingungen, die sich in Auslöschungen oder Pegelüberhöhungen im Amplitudenverlauf äussern. Man spricht auch vom sogenannten Kammfiltereffekt. Im Extremfall bei gering bedämpften Räumen kann der Reflexionsanteil den Lautsprecherdirektschall deutlich übertreffen und damit die Qualität der Wiedergabe massiv beeinträchtigen. Verhindern kann man allzu hohe Reflexionsanteile, indem man die Sitzposition näher zum Lautsprecher verlegt oder den aufwendigen Weg begeht, stark reflektierende Flächen zu bedämpfen. Wichtig ist auch, dass der Lautsprecher eine möglichst übers ganze Frequenzband homogene Abstrahlcharakteristik besitzt, wodurch sich die Diffusschallanteile gleichmässiger über das Frequenzband verteilen.

Direkt- und Diffusschallfeld

Mit zunemender Entfernung zur Schallquelle wird die Ortung schlechter.

Mit Direktschall bezeichnet man denjenigen Schall, der im direkten Weg vom Lautsprecher (oder einer anderen Quelle) beim Hörer eintrifft. Man spricht in diesem Zusammenhang von der ersten Wellenfront. Der Diffusschall ist der Schall, der beim Eintreffen beim Hörer bereits eine oder mehrere Reflexionen von den Umgebungswänden erfahren hat. Mit zunehmender Entfernung zur Schallquelle nimmt der Direktschallanteil ab, während sich die Diffusschallanteile erhöhen. Liegen praktisch nur noch Diffusschallanteile vor, befindet man sich im sogenannten diffusen Schallfeld. Der Einfall der Schallanteile ist dann aus allen Raumrichtungen gleich wahrscheinlich und gleich stark. Eine Lokalisation der Schallquelle ist praktisch nicht mehr möglich. Im Gegensatz zum Direktschall bleibt der Pegel des Diffusschalls im ganzen Raum konstant. Der Schallpegel ist hingegen umgekehrt proportional zur Distanz. Mit zunehmender Entfernung wird der Direktschallpegel zunehmend kleiner. Der Punkt, wo Direkt- und Diffusschallanteil gleich gross sind, bezeichnet man als Hallradius. Eine zu grosse Entfernung vom Lautsprecher resultiert immer in einer Unschärfe in der Klangabbildung durch die hohen Diffusschallanteile. Ideal ist daher eine Sitzposition, die sich noch innerhalb des Hallradius befindet. Der Hallradius berechnet sich aus dem Volumen und der Nachhallzeit des Raumes. Bei grösserem Volumen nimmt er zu, verringert sich aber bei längerer Nachhallzeit.

Flatterechos

Wird eine Schallwelle von einer oder mehreren Raumbegrenzungsflächen wieder zurück an den Ausgangspunkt reflektiert, so kann ein Flatterecho entstehen. Der Schall wird in schneller Folge zwischen den Wänden hin- und hergeworfen. Es entstehlt eine Art Schallkreislauf, der nur wegen der Teilabsorption der Wände langsam abklingt. Bei grösseren Wandabständen ist dabei eine Abfolge schneller Echos mit abklingendem Pegel hörbar, bei kleineren Wandabständen entsteht ein sogenanntes Klangecho, d.h. der Schallimpuls erhält eine Art Nachhall, der im ursprünglichen Signal nicht enthalten ist. Flatterechos werden gemeinhin als störend und verschleiernd empfunden. Ein Flatterecho entsteht insbesondere, wenn zwei reflektierende Wände parallel zueinander stehen und die anderen Raumrichtungen stärker gedämpft sind. Um ein Flatterecho zu beseitigen, sollte man entweder versuchen, die Absorption einer der beiden gegenüberstehenden Wände z.B. durch Platzierung eines Vorhangs zu erhöhen oder mit Hilfe von Diffusoren und grossen Stellwänden die Reflexionen in andere Richtungen abzulenken. Oft hilft auch einfach eine andere Platzierung der Lautsprecher oder der Sitzposition.

Stehende Wellen

Stehende Wellen entstehen, wenn die halbe Wellenlänge oder deren Vielfaches der Raumbreite entspricht.

Ein hartnäckiges und unter Umständen nur schwer lösbares Problem entsteht mit dem Auftreten von sogenannten stehenden Wellen. Stehende Wellen können ebenfalls nur zwischen parallelen Wänden entstehen. Breitet sich die Schallwelle zwischen zwei parallelen Wänden aus und wird senkrecht reflektiert, entsteht eine Überlagerung von Schallwelle und ihrer eigenen Reflexion. Stehende Wellen können zu einer kompletten Auslöschungen oder zu ausgeprägten Resonanzspitzen führen, die ein eigentliches Dröhnen im Bassbereich verursachen. Eine stehende Welle ist in ihrer Wellenlänge immer ein ganzzahliges Vielfaches der Raumabmessung. Bei einem fünf Meter breiten Raum wird eine stehende Welle mit einer Grundresonanz von 35Hz entstehen. Im Gegensatz zur fortschreitenden Welle ergeben sich aber ortsfeste Auslöschungen, d.h. eine stehenden Welle macht sich je nach Raumposition unterschiedlich bemerkbar. Ein Garant für aufgedickte, völlig resonierende Basslagen sind alle Raumecken. Wer einen bassschwachen Hornlautsprecher einsetzt, kann dies unter Umständen allerdings auch gewinnbringend nutzen. Vermeiden sollte man eine Sitzposition exakt in der Mitte des Raumes, da es hier in der Regel zu einer Auslöschung kommt und man sich plötzlich wundert, wieso die Superbox, welche im Laden gerade noch so toll klang, einfach keinen Tiefbass mehr besitzt. Ein massives, nicht direkt an der Wand platziertes Sofa ist nach wie vor der einfachste Bassabsorber und praktische Gegenmassnahme für stehende Wellen. Auch altertümliche Kommoden wirken recht effektiv. Eine systematische Reduzierung der Resonanzmodi erlauben die sogenannten Bassabsorber, die von verschiedenen Herstellern angeboten werden. Bassabsorber können ganz gezielt auf eine bestimmte Frequenz eingestellt werden. Voraussetzung ist dann jedoch eine akustische Analyse des Raums, um die Frequenzlage der Resonanz festzustellen.

Akustik verbessern

Aufwendig aber effektiv - die hängende Decke in Pyramidenform

Das effiziente Mittel ist – wenn immer möglich - parallele Wände zu umgehen. Angeschrägte Decken im Dachstock oder in der Maisonette eigenen sich daher traditionell sehr gut für Hörräume. Ansonsten kann ein Wandteppich unter Umständen Wunder wirken. Ein Sofa wirkt sich in der Regel positiv auf die Basswiedergabe aus und agiert als eigentlicher Absorber für stehende Wellen. Bessere Resultate werden allerdings mit im Fachhandel erhältlichen Bassabsorbern erreicht, die gezielt auf den störenden Resonanzbereich angepasst werden. An Wänden angebrachte Diffussoren sehen zwar in der Regel nicht sehr ansehnlich aus, haben jedoch in gewerblichen Hörräumen ihre Berechtigung und bringen dank der Reduzierung von Flatterechos ein ausgewogeneres Klangbild. Ein Beispiel wie eine gute Schalldämpfung mit bautechnischen Mitteln erzielt werden kann, sehen sie anhand eines Musikproberaums unten. Die Schalldämpfung beruht hier auf einer abgehängten Decke mit gelochten oder geschlitzten Platten, auf denen mit Glasvlies beschichtete Mineralwolle oder anderes Fasermaterial liegt. Je größer der Abstand zur Decke, desto besser ist die Dämpfung auch im tiefen Frequenzbereich. Zusätzliche Kunststoffabsorber mit pyramidenförmiger Oberflächenstruktur an der Wand oder Decke verstärken die Dämpfung. In vielen Fällen genügen aber schon schwere Vorhänge als Dämpfungsmaterial, die durch Zuziehen in ihrer Schalldämpfung variabel sind.

Digitale Raumkorrektur

Digitale Raumkorrektureinheit von TACT-Audio

Leider haben wohl nur wenige die Möglichkeit, das Wohnzimmer nach akustischen Gesichtpunkten auszuwählen oder gar erstellen zu lassen. Seit wenigen Jahren steht mit den digitalen Raumkorrektureinheiten erstmals eine Technologie zur Verfügung, welche mit Hilfe einer messtechnischen Raumanalyse und einer auf digitalen Signalprozessoren basierenden Korrektureinheit auch bei schwierigen Bedingungen eine beträchtliche Verbesserung bringt. Die Grundlagen für sogenannten RCS (Room Correction System) wurden bereits in den achtziger Jahren erarbeitet. Erst die moderne Chiptechnologie erlaubt aber die praktische Anwendung. Zu den führenden Herstellern von Raumkorrektursystemen gehören TACT (tact-audio.com) und SigTech. Eine Reihe von Lautsprecherherstellern wie Canton, oder T&A integrieren ein RCS direkt in ihre Digitallautsprecher. Solche Lösungen können gerade in akustisch ungünstigen Wohnsituationen zu befriedigenden Ergebnissen führen. Gemeinsam ist allen Varianten, dass das Akustikverhalten des Raums erst mit einem Messsystem ermittelt und im Computer analysiert werden muss. Eine Software berechnet anschliessend ein hochwertiges und sehr genaues Korrektursignal für den entsprechenden Raum. Während der Tonwiedergabe wird das Korrektursignal in die Wiedergabe miteingerechnet und der Einfluss der Raumakustik deutlich reduziert. Keinen guten Dienst erweist man sich jedoch mit dem Einsatz von graphischen Equalizern, wie das früher noch üblich war. Selbst digitale Equalizer können nur Pegelanpassungen vornehmen. Raumakustik spielt sich jedoch auf der Zeitebene ab. Daher sind Equalizer kein probates Mittel Raumakustik Phänomene zu beheben und führen zu mehr Problemen, als sie lösen.

Fazit

Die akustischen Phänomene, welche sich durch die Wiedergabe in Räumen ergeben, sind vielfältig und haben einen massgebenden Einfluss auf die Qualität der Audiowiedergabe. Auch exzellente HiFi-Komponenten können ihre Fähigkeiten nicht ausspielen, wenn die Raumakustik eine hochwertige Wiedergabe durch Flatterechos, Kammfiltereffekte und stehende Wellen wieder zunichte macht. Die Raumakustik ist sogar der wichtigste Parameter überhaupt. Ein Umstand, der von Geräteherstellern und Fachkräften gerne unterschlagen wird. Schliesslich mag keiner hören, dass Edelendstufe und Hochglanzlautsprecher erst in einem adäquaten Hörraum wirklich Sinn machen und ihre Qualitäten angemessen entfalten können. Wenn Sie ein Fachhändler auf das schwierige Thema Raumakustik in Ihrem Wohnraum anspricht und vielleicht sogar noch Lösungsansätze aufzeigen kann, dürfen sie durchaus Vertrauen in seine Seriosität schöpfen. Eine Raumakustikverbesserung mit baulichen Massnahmen zu realisieren, dürfte allerdings oft schnell an Grenzen kommen oder mit anderen Wohnbedürfnissen in Konflikt geraten. Abhilfe für schwierige Raumprobleme schaffen moderne Raumkorrekturssysteme mit ausgeklügelter Software. Die noch junge Technologie wird aber erst von wenigen Herstellern angeboten und für die meisten Privatbudgets noch (zu) teuer sein.

Onlinelink:
https://avguide.ch/magazin/die-crux-der-raumakustik-der-einfluss-der-raumakustik-auf-das-hoererlebnis