Raumakustik

Allgemeine Grundlagen

Die Raumakustik ist ein Gebiet der Akustik, das sich mit der Auswirkung der baulichen Gegebenheiten eines Raumes auf die in ihm stattfindenden Schallereignisse beschäftigt.

Schwerpunkt der Raumakustik ist die Gestaltung der Wahrnehmungsqualität von Schallereignissen durch Nutzer im entsprechenden Raum (technische Raumakustik).

Die Raumakustik muss die Eigenschaften des menschlichen Gehörs, die Besonderheiten der Sprachperzeption sowie subjektive Hörgewohnheiten und auch die Musikästhetik mitberücksichtigen (Psychoakustik).

Raumakustische Planung

Der akustische Eindruck eines Raumes wird bestimmt von:

• Anteil des Direktschalls am Gesamt-Schallpegel
• Zeitverzögerung und Richtung von frühen Reflexionen, sowie deren Anteil am Gesamt-Schallpegel
• Einsatzverzögerung und räumliche Verteilung des Nachhalls, sowie dessen Anteil am Gesamt-Schallpegel und dessen zeitlicher Verlauf (Nachhallzeit)

Aufgabe der Raumakustik ist es, diese Grössen durch die Raumgestaltung so zu beeinflussen, dass die akustischen Eigenschaften des Raumes möglichst gut zu seinem Bestimmungszweck passen. Das Ziel raumakustischen Designs für Hörräume oder Konzertsäle ist ein möglichst räumliches Musikerlebnis bei Hörräumen oder Konzertsälen. Das heisst: Der Anteil des Direktschalls sollte gegenüber den Reflexionen ausgewogen sein, gross genug, um die Musik noch klar und transparent wahrzunehmen, aber nicht zu gross, um den räumlichen Eindruck nicht zu mindern. Die frühen Reflexionen sollten einen hohen Anteil am Gesamt-Schall haben und möglichst gut richtungsmässig verteilt sein, damit ein möglichst räumlicher Eindruck entsteht.

Kenngrössen der Raumakustik für High-End-Stereoanlagen

Raummoden

Eine stehende Welle entsteht, wenn eine Schallwelle auf eine senkrecht stehende Wand trifft und von dieser reflektiert wird. Der eingehende Schall und der reflektierte Schall addieren und überlagern sich.

Falls der Raum nun ganzzahlige Wandverhältnisse hat, wird eine bestimmte Frequenz drei mal lauter als alle anderen Bassfrequenzen. Hat der Raum zum Beispiel die Masse Länge 10 m, Breite 5 m und Höhe 2,5 m wird die Frequenz 68,8 Hz um das dreifache (!) überhöht.

Ganzzahlige Raumverhältnisse sind also unbedingt zu vermeiden.

Flatterecho

Ein Flatterecho ist ein ähnliches Phänomen wie die stehende Welle, allerdings entsteht dieses bei höheren Frequenzen.

Reflexion

Trifft eine Schallwelle auf eine ebene Fläche, die im Verhältnis zu ihrer Wellenlänge gross ist, so wird sie reflektiert. Hierfür gilt – genau wie in der Optik – das bekannte Gesetz Einfallswinkel = Ausfallswinkel. Schall verhält sich gleich wie ein Lichtstrahl.

Je nach Material der Wand sind die Reflexionen allerdings nicht mehr mit dem eintreffenden Schall identisch. Verschiedene Wandmaterialien reflektieren verschiedene Frequenzen unterschiedlich gut.

Nachhallzeit

Die bekannteste Kenngrösse der Raumakustik ist die Nachhallzeit. Dies ist die Zeitspanne in welcher der Schalldruckpegel eines Schallereignisses in einem Raum um 60 dB, also auf den tausendsten Teil des Anfangsschalldrucks, abgenommen hat. Die Nachhallzeit wird im Allgemeinen in Oktavbändern oder in Terzbändern bestimmt. Wird nur ein Nachhallzeitwert angegeben, dann handelt es sich um die Nachhallzeit bei 1000 Hz oder bei 500 Hz.

Es ist wichtig, dass alle Frequenzen in ähnlich guter Weise gedämpft werden, damit eine homogene Nachhallzeit entsteht. Die Nachhallzeit muss in einem bestimmten Zeitkorridor liegen (in einem Hörraum zwischen 0,8 und 0,3 Sekunden).

Eine in der Normkurve liegende Nachhallzeit ist das wichtigste Kriterium für einen gut klingenden Hörraum.

Diffusschall und Direktschall

Der Direktschall ist derjenige Schall, der den direkten Weg vom Lautsprecher zum Hörer nimmt, also als erste Wellenfront vom Lautsprecher eintrifft. Der Diffusschall oder Raumschall ist der Schall, der bei seinem Eintreffen beim Hörer bereits eine oder mehrere Reflexionen erfahren hat. Der Direktschall nimmt mit zunehmender Entfernung von der Schallquelle ab und bildet das sogenannte Direktschallfeld oder Freifeld. Sitzt man also weiter vom Lautsprecher weg, wird der Einfluss des Raumes immer grösser!

Der Hörraum

Symmetrie

Jeder Raum sollte grundsätzlich symmetrisch sein.

Wird der linke Lautsprecher beispielsweise frei aufgestellt, der rechte jedoch von der Rück- und der Seitenwand in seiner Schallabstrahlung begrenzt, wird der rechte Lautsprecher ein völlig anderes Klangbild haben als der linke. Der rechte Lautsprecher ist sogar um 3 dB lauter als der Linke. Die Stereoortung geht damit verloren.

Abstand zur Wand

Die Lautsprecher müssen grundsätzlich 75 cm von der Rückwand und 1m von der Seitenwand entfernt sein. Der Grund hierfür ist die Reflexion.

Bässe

Eine klare und saubere Basswiedergabe ist für die meisten Menschen ein sehr wichtiges Kriterium. Leider sieht die Realität oft eher schwammig und brummig aus.

Als goldene Regel gilt: Viele kleine Bässe sind besser als ein grosser. Die untere Grenzfrequenz ist kein Qualitätsmerkmal. Sie sagt nichts über die sehr viel wichtigeren Kriterien wie Schnelligkeit und Klirrverhalten des Basses aus.

Verbessern der Akustik vorhandener Räume

Grundsätzliches

Es ist sinnlos, Dämpfungsmaterialien wahllos im Raum zu verteilen. Bevor Veränderungen an einem Hörraum vorgenommen werden, sollte ein Akustiker zu Rate gezogen werden.

Bücherregale

Ein Bücherregal hat zwei mögliche Wirkungen. Es kann sowohl dämpfen als auch als Diffusor wirken. Die dämpfende Wirkung kommt durch die grosse Masse und den Räumen zwischen den Büchern zustande.

Pflanzen

Pflanzen eignen sich hervorragend als Diffusoren. Durch die unregelmässige und grosse Oberfläche haben sie ein gutes Streuvermögen. Auch hier ist der Grundsatz der Symmetrie unbedingt zu beachten.

Vorhänge, Teppiche und weiteres

Das akustische Verhalten von Teppichen und Vorhängen ist ähnlich. Natürlich ist das Dämpfungsverhalten abhängig vom Material.

Teppiche eignen sich, um die Primärreflexion (die Reflexion, die als erste am Ohr ankommt) des Bodens zu dämpfen.

Vorhänge eignen sich, um Fenster zu bedecken, falls diese sich als akustisch störend erweisen sollten.

Grundsätzlich gilt für den Schallabsorptionsgrad: Je dicker und schwerer das Material ist, desto tiefer ist die Frequenz, bei der bereits eine Dämpfung stattfindet. Die Grösse der Oberfläche definiert, wie stark die Dämpfung ist.

Akustikputz

Die professionelle, bauliche Art der akustischen Dämpfung ist der Akustikputz. Damit ist es möglich, die Nachhallzeit gezielt zu verringern. Je nach Art des Putzes und der aufgetragenen Dicke sind unterschiedliche Schallabsorptionsgrade zu erreichen.

Spezielle Absorber

Helmholtz

Der Helmholtzresonator ist eine Bassfalle. Die Wirkungsweise eines solchen Resonators ist folgende: Ein Medium hat in einem Rohr eine bestimmte Resonanzfrequenz. Wird diese Resonanzfrequenz angeregt, fängt dieses Medium an zu schwingen.

Was beim Lautsprecherbau eingesetzt wird, um den Schalldruck eines Lautsprechers zu erhöhen und die untere Grenzfrequenz zu senken, wird in der Akustik als Schalldämpfungsglied eingesetzt.

Breitbandabsorber

Ein Breitbandabsorber ist ein Plattenschwinger mit einem mit Dämmwolle ausgekleideten Kasten, der aufgesetzt wird.

Ein solcher Absorber ist sehr effektiv, da er ab der Resonanzfrequenz des Plattenschwingers alles absorbiert.

Noppenschaumstoff & Co.

Noppenschaumstoff und Pyramidenschaumstoff sind sehr effektive Dämpfungsmittel.

Als Faustregel sollte man sich merken, dass ein Raum niemals ausschliesslich mit diesen Materialien akustisch optimiert werden kann, da sie erst abhängig von der Stärke des Materials ab etwa 400 Hz (Noppenschaumstoff) beziehungsweise 1000 Hz (Pyramidenschaumstoff) beginnen, effektiv zu dämpfen.

Diffusoren

Ein Diffusor soll anders als ein Absorber die Schallenergie im Raum nicht dämpfen, sondern verteilen. Mit ihm soll ein kontrollierter Nachhall erreicht werden. Das Material eines Diffusors ist im Grunde irrelevant, woraus sich viele Möglichkeit für den Bau und das Design eines Diffusors ergeben.

Bau eines Hörraumes

Abmessungen

Die Raumabmessungen spielen eine entscheidende Rolle beim Bau eines Hörraumes. Wie bereits eingangs erwähnt, müssen ganzzahlige Raumverhältnisse vermieden werden. Optimale Raumverhältnisse sind folgende:

Raumgrösse: > 25 m2
Raumproportionen: Breite: 4 m, Höhe: 2,5 m, Tiefe: 7 m

Geometrie

Lede

Das LEDE-Prinzip (Live-End/Dead-End) ist das gängigste Studiobau-Prinzip. Es sagt aus, dass die Wand hinter den Lautsprechern schallabsorbierend ausgelegt sein soll und die Wand hinter dem Hörplatz schallbrechend.

Hier kommen die vorher beschriebenen Absorber und Diffusoren ins Spiel.

Die Wand hinter den Lautsprechern muss also mit Absorbern bestückt werden, die Wand hinter dem Hörplatz mit Diffusoren. Die Fläche, welche die Absorber einnehmen sollen, und die Fläche, die benötigt wird, um eine ausreichende Diffusion zu erzielen, muss von einem Akustiker berechnet werden. Das Verhältnis von Absorption zu Diffusion definiert die frequenzabhängige Nachhallzeit des Raumes.

Die Dröhnfrequenzen lassen sich auch durch entsprechende Programme errechnen. Versuchen Sie es einfach online unter www.trikustik.at, www.owa.de oder www.knauf.de. Falls Sie gerne entsprechende Software käuflich erwerben wollen, werden Sie unter www.cara.de fündig.

Bei diesen Raumsimulationen können Sie die klangliche Auswirkung der verschiedenen Materialen im Vorfeld bequem am Computer austesten. Cara kann sogar den optimalen Lautsprecherstandort berechnen. Allerdings muss hier bemerkt werden, dass nicht alle Faktoren in der Software einbezogen werden. So berücksichtigt das Programm zwar die Dämpfungseigenschaften der verschiedenen Materialien, „verschweigt“ allerdings die klanglichen Auswirkungen bei unterschiedlicher Positionierung.

Fazit: Computersimulationen können helfen, aber an einer Überprüfung der Simulationsergebnisse mit den eigenen Ohren kommen Sie nicht vorbei.