Raumakustik 1 – Theoretische Analyse des Hörraums

Verwirrend: Das Thema Raumakustik sorgt immer wieder für Sorgen - und für Irrtümer

Verwirrend: Das Thema Raumakustik sorgt immer wieder für Sorgen – und für Irrtümer



hrm_logo_15x50Die Boxen klingen – gut? Schlecht? Irgendwie so irgendwie? Oder doch irgendwie anders? Da haben wir das Dilemma – sobald die Anlage an ist, startet auch der Akustik-Kritiker in uns. Und der vermisst ständig etwas, das durch neue Kabel, einen anderen DAC oder weitere Lautsprecher behoben werden könnte. Dabei ist der Kern des Übels der Hörraum. Oder?

Unbestritten ist, dass die selbe Anlage in zwei verschiedenen Räumen mitunter dramatisch anders klingen kann. Das liegt dann an der Raumakustik. Wenn also die Anlage, die eigentlich prima tönen sollte, zwischen Bass-Sabbern, Blecheimer und Diskant-Stakkato oszilliert, könnte es lohnen, statt Transistoren, Kupferlitze und schwingenden Magneten mal die eigenen vier Wände genauer unter die Lupe zu nehmen. Denn das Wohnumfeld ist schließlich auch das Ton-Umfeld, und was für gemütliche Stunden und erhabene Ästhetik sorgen kann, torpediert eventuell den gewünschten Wohlklang. Wie lässt sich das heraus finden?

Augen auf

Zum einen hilft gucken: Wenn die Wände kahl oder mit glatten Schrankfronten zu tapeziert sind, schwelgen die Höhen in Echo-Orgien. Sind die Wände zugepackt mit Gardinen, Teppichen und anderen Schallabsorbern, wird die Akustik sockentrocken. Analog verhält es sich mit Boden und Decke: Marmor oder fetter Flokati? Holzvertäfelung oder Stoffwolken? Wie so oft im Leben macht es der richtige Mix statt der forcierten Vorlieben.

Auch die Raumgeometrie spielt eine Rolle: quadratisch oder rechteckig? Oder bungalowtypisch in L-Form? Und die Deckenhöhe? Bei 2 Meter könnte der Hörraum vielleicht zum Hörschlauch mutieren. Wobei, 2,50 Meter sind meist Standard. Wenn die Deckenhöhe allerdings den Raumseiten nahe kommt wie in manchen Altbauten, ist auch das für akustische Wunderklänge gut.

Fibonacci hat Rat

Wer ein Herz für Harmonien hat, findet auch in der Lehre vom Golden Schnitt und bei Fibonacci Ansätze. Dem harmonischen Ansatz folgend misst der optimale akustische Raum bei einer Deckenhöhe von 2,50 Metern an seiner Schmalseite mit 4,05 Meter und an seiner Längsseite 6,55 Meter. Die meisten HiFi-Enthusiasten werden schon hier passen müssen. Verzagen brauchen sie dennoch nicht.

Denn im Zweifel hilft immer ein symmetrische Verhältnis. Optimal sein soll das Trio 0,6180339887 : 1 : 1,6180339887 , gemessen von der Rückwand. Vereinfacht sagt es: lieber mehr Luft nach hinten.

Alternativen sind Verhältnisse wie 1 : 1.14 : 1.39 oder 1 : 1.28 : 1.54 oder 1 : 1.60 : 2.33. Die erste Zahl steht hier jeweils für den anteiligen Abstand zur Rückwand, an der die Lautsprecher platziert sind, der zweite Wert besagt, wie weit der Hörplatz von den Lautsprechern entfernt ist, und Zahl drei besagt, in welchem Verhältnis der Abstand vom Hörplatz zur Rückwand gestalte sein sollte. Wären es Meter, sähe das für die dritte Gruppe zum Beispiel so aus:

Formeln können helfen: Wenn Lautsprecher und Hörplatz in bestimmten Verhältnissen wie zum Beispiel 1 : 1,6 : 2,33 ausgewählt werden, kommt das dem Klangrerlebnis zu gute

Formeln können helfen: Wenn Lautsprecher und Hörplatz in bestimmten Verhältnissen wie zum Beispiel 1 : 1,6 : 2,33 ausgewählt werden, kommt das dem Klangrerlebnis zu gute



Akustikrechner

Wer sich lieber auf Logik und Mathematik verlässt, findet im Netz natürlich passende Hilfen. Drei Helferlein zum Thema tummeln sich auf der Website des Akustikers Dr. Jörg Hunecke. Es sind:

  • ein Raumakustik-Rechner
  • ein Raumeigenmoden-Rechner
  • ein Lautsprecher-Rechner (folgt in Teil 2)

Der Raumakustik-Rechner darf hier getrost unter den Tisch fallen, weil er bei Unternehmen wie Knauf und Rigips im Einsatz ist, die mit ihm ihre Produkte an Planer und andere interessierte vermarkten. Bleiben die beiden anderen Rechner – der Raumeigenmodenrechner und der Lautsprecherrechner. Letzteren nehmen wir in Teil zwei dieser Serie unter die Lupe, da wir uns hier nur mit der reinen Raumakustik beschäftigt.

Raummoden

Als Raummoden bezeichnet man nicht die Haute Couture der Zimmerdeko, sondern vom Schall angeregte Luft, die in einer Eigenfrequenz schwingt. Dabei erzeugt sie Schwingungsknoten und -bäuche.

Als Knoten werden die Bereiche bezeichnet, an denen sich die Wellentäler bei Reflexion an Wänden, Boden und Decke treffen und quasi auslöschen, die Bäuche sind entsprechend die Bereiche, in denen die vollen Amplituden der Reflexionen zusammen treffen. Das ist immer ein Ort, dessen Länge der Wellenlänge oder einem ihrer vielfachen entspricht. Bei einer Schallwelle von 1 Meter Länge – das sind ziemlich genau 343 Hertz – träfen sich die voll ausschlagenden Amplituden also bei 1 Meter, 2 Metern, 3 Metern etc. – und zwar ausgehend von den Abständen der Seitenwände zueinander, der Vorder- und Rückwand zueinander und des Bodens und der Decke zueinander. Ein Raum von 6 x 4 x 2 Metern wäre da ein akustisches Desaster.

Raummoden-Rechner – Option A

Genau diese Bäuche und Knoten ermittelt der Raumeigenmoden-Rechner von Jörg Hunecke. Er zeigt angepasst an die konkreten Raummaße, welche Frequenzen sich als Raummoden im Raum entfalten und wo sie im Raum wie intensiv auf den Höreindruck wirken.

Raumeigenmoden-Rechner auf hunecke.de

Raumeigenmoden-Rechner auf hunecke.de



Hunecke hat das narrensicher gelöst: Nach der Eingabe der drei Raumparameter Länge, Breite und Höhe zeigt eine dynamische Liste die 20 kritischsten Tieffrequenzen für genau diesen Raum an.

Um das akustische Geschehen leicht verständlich zu halten, gehört zum Rechner auch ein Quader, der die Raumgestalt maßstabsgerecht nachbildet. Er zeigt in Graustufen, wo es besonders laut und besonders leise ist – weiß steht für leise, schwarz für laut. Man kann also sehen, wo es kritisch werden kann.

Und das Frequenz-Gewirr ist überraschend vielfältig an Wänden, Boden und Decke verteilt, wie unsere Zusammenstellung der ersten sieben Werte für den Modellraum zeigt:

Raumeigenmoden eines Beispielraums bei folgenden Frequenzen: 31,2 Hz, 37,3 Hz, 48,6 Hz, 61,2 Hz, 62,4 Hz, 68,7 Hz und 71,7 Hz

Raumeigenmoden eines Beispielraums bei folgenden Frequenzen: 31,2 Hz, 37,3 Hz, 48,6 Hz, 61,2 Hz, 62,4 Hz, 68,7 Hz und 71,7 Hz



Raummoden-Rechner – Option B

Einen weiteren Raummoden-Rechner gibt es auf der Website von Andreas Melcher (zum Amroc Calculator). Auch hier sind die Raumdaten einzugeben und dann gibt es Anschauungsmaterial.

Der Raummoden-Rechner von Andreas Melcher liefert einige Zusatzinformationen, die auch interessant sind

Der Raummoden-Rechner von Andreas Melcher liefert einige Zusatzinformationen, die auch interessant sind




Zuerst einmal liefert der Rechner ein fensterbreites Diagramm der Raummoden, die errechnet wurden. Als feiner schwarzer Strich findet sich darin auch die Schröderfrequenz , also jene raumspezifische Frequenz, unterhalb derer der Bass nicht mehr sauber klingt und dröhnend wirkt, wenn er genug Energie hat.

Wer mit der Maus über das Diagramm fährt, bekommt die jeweiligen Frequenzen angezeigt – und unterhalb des Diagramms noch einiges mehr.

Die Anzeige links unterhalb des Bandes zeigt wie ein Stimmgerät den Ton, der diese Frequenz hat, in unserem Testraum wäre das zum Beispiel G1 bei 48,98 Hertz.

Dann folgt das Bonello-Fenster, das anzeigt, in welchem Maße die Moden mit jeder Terz ansteigen – und das kann durchaus üppig ausfallen.

Rechts davon folgt eine 3-D Visualisierung des Raums, die Bäuche (rot) und Täler (blau) anzeigt und ihre Darstellung gleichfalls kontinuierlich ändert, wenn sich die Maus über oberhalb befindliche das Diagramm mit den gesammelten Moden bewegt.

Decke, Boden, Wände – alle spielen mit: Raummoden eines Beispielraums bei 31,8 Hz, 38,1 Hz, 49,3 Hz, 64,4 Hz, 76,8 Hz, 85,9 Hz, 98,1 Hz und 121,,3 Hz

Decke, Boden, Wände – alle spielen mit: Raummoden eines Beispielraums bei 31,8 Hz, 38,1 Hz, 49,3 Hz, 64,4 Hz, 76,8 Hz, 85,9 Hz, 98,1 Hz und 121,,3 Hz

Unterhalb des Rechners ist noch eine Tabelle ergänzt, die sämtliche Raummoden auflistet, einschließlich ihrer Frequenzen, des dazu gehörigen Tons und der verursachenden parallelen Grenzen – die erste Ziffer zeigt die Zahl der Moden für die Längswände, die zweite die Zahl der Moden für dei Querwände und die dritte entsprechend jene, die sich zwischen Wand und Decke aufschaukeln.

Wozu das ganze?

Die Werte und Darstellungen geben einen ersten Eindruck von dem, was sich im Raum so tut – und einen ersten Hinweis auf das, was zu tun ist, um unerwünschte Effekte zu bändigen. Wobei der aufmerksame Beobachter feststellen wird, dass neben den Grundfrequenzen auch deren Vielfaches im Raum herumstreunern. Eine Raumgeometrie, die bereits im Bassbereich viele Frequenzen verstärkt, sorgt in der Folge unweigerlich für ein unbändiges Streufeuer aus allen Frequenzrohren.

Zwischenfazit

Nachdem wir nun ein Bild von dem haben, was unser Raum zu bieten hat, ist es an der Zeit, die Lautsprecher aufzustellen. Was hierbei zu bedenken ist und was sich berechnen lässt, zeigt Teil 2 der Raumakustik-Serie, der in Kürze folgen wird.




Quellen:
Dieser Artikel nutzt Informationen von FL-Elektronik und von Dr. Jörg Hunecke zurück.


Abbildungen: HighResMac; Screenshots mit Material von Dr. Jörg Hunecke und Mag. Andreas Melcher



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