Raumakustik

KURZ UND BÜNDIG

→ Eine HiFi-Anlage kann nur so gut klingen, wie die Raumakustik es zulässt! Es ist aber umstritten, wie ein Raum beschaffen sein sollte, damit man darin „ideal“ Musik wiedergeben kann. Eine der Ansichten ist die, dass jede Art von Schallreflexion zu Klangverfälschungen führt, die andere, dass ein gewisser Anteil an Schallreflexion notwendig ist, um darin „natürlich“ hören zu können.

→ Jedenfalls gibt es keinen Raum, in dem die Musikwiedergabe verbessert wird, immer nur wird der Schall den die Lautsprecher darin abgeben, verfälscht. Die Frage ist vielmehr, in welchem Maße das passiert und wie dramatisch die Auswirkungen davon sind.

→ Die richtige Aufstellung der Lautsprecher und die optimale Hörposition im Hörraum haben entscheidenden Einfluss auf das Klangergebnis. Dabei sind symmetrische Bedingungen ganz wichtig, bzw. für die Stereowiedergabe praktisch unerlässlich.

→Elektronische Klangkorrekturgeräte können Positives bewirken, aber aus einem klanglich schlechten Raum wird deshalb kein guter.

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Die Wichtigkeit und die Auswirkungen der Raumakustik werden allgemein unterschätzt. Spätestens dann, wenn die ausgesuchte Anlage oder die Lautsprecher zu Hause anders klingen als irgendwo in einem Vorführraum, wird das offensichtlich. Jeder Raum hat auf Grund seiner Ausmaße und Ausstattung bestimmte akustische Eigenschaften. Optimal wäre es, einen eigenen Raum nur für die HiFi-Wiedergabe vorzusehen und diesen akustisch zu optimieren. Leider ist das nur selten möglich und somit ist der Wohnraum in den meisten Fällen auch der Hörraum. Mit speziellen Ausstattungsdetails können darin aber recht gute akustische Bedingungen geschaffen werden.

Was hilft, was stört

Die wichtigste Grundvoraussetzung für gute Wiedergabe ist eine möglichst „trockene“, also nicht hallige Raumakustik. Leider bewirken die moderne Architektur und die darin meist karge Möblierung samt vieler glatter und harter (Glas-) Flächen genau das Gegenteil von dem was gut wäre.

Positive Faktoren für trockene Raumakustik können schon bei der Grundausstattung eines Raumes geschaffen werden. Dabei verbessert grundsätzlich jede schallschluckende Fläche die Situation. Gute „Schallschlucker“ sind weiche und poröse, gleichzeitig möglichst dicke und große Körper oder Flächen. Dazu zählen vor allem hochflorige Teppiche, schwere Vorhänge und Sitzmöbel mit weichen stoffbespannten Polstern. Auch zerklüftete Flächen sind günstig, beispielsweise kann ein Bücherbord einiges zum guten Klang beitragen. Schlecht sind somit großflächige, harte und glatte Flächen. Das sind (wie schon erwähnt) vor allem große glatte Wände, Parkettböden, Wandpaneele und Holzdecken. Ganz schlimm sind große Glasflächen.
Besonders die Wand hinter dem Hörer sollte möglichst wenig Schall reflektieren. Es ist auch besser, wenn diese Wand sich nicht unmittelbar hinter dem Hörplatz befindet. Leider ist das fast immer der Fall. Ein möglichst dicker Wandteppich kann hier etwas Abhilfe schaffen. Die Wand hinter den Lautsprechern ist nicht so kritisch wie die hinter dem Hörer. Trotzdem ist es gut, wenn auch diese Fläche möglichst schallschluckende Eigenschaften hat.

Nur Lautsprecher, die einen Teil ihrer Schallenergie nach hinten abstrahlen (vor allem Flächenlautsprecher wie Elektrostaten oder teils auch Magnetostaten), benötigen zur Entfaltung des Dipoleffektes hinter sich eine reflektierende Wand.
Die seitlichen Wände links und rechts neben den (Front-) Lautsprechern sollten möglichst gleiche akustische Eigenschaften haben, damit symmetrische Gegebenheiten vorhanden sind.
Die Decke eines Raumes könnte einiges zu guter Raumakustik beitragen, aber es ist schwierig, eine optisch akzeptable und akustisch gute Lösung zu finden.

Auch wenn es immer wieder behauptet wird, ist es fast nicht möglich, einen Raum zu stark zu bedämpfen und ihn dadurch akustisch „tot“ zu machen. Keine Reflexionen bzw. kein Nachhall ist immer noch besser als ein „Hallraum“! Deshalb klingt auch die Wiedergabe über gute Kopfhörer sehr präzise. Die wenigen Zentimeter Luft zwischen den Membranen des Kopfhörers und den Trommelfellen des Menschen entsprechen fast einer direkten Ankopplung. Störeffekte durch Reflexionen kommen erst gar nicht zustande.

Schlechte Raumakustik entsteht durch hohen Reflexionsanteil

Übliche Lautsprecher strahlen tiefe Frequenzen eher kugelförmig und hohe Frequenzen eher gerichtet ab. Das gesamte Frequenzspektrum wird somit nur hörbar, wenn die Lautsprecher zum Hörplatz hin ausgerichtet sind. Im Idealfall käme dann bei der Wiedergabe nichts mehr hinzu das nicht Teil der Aufnahme ist, aber so etwas gibt es in der Praxis nicht. Eine optimale Aufnahme sollte alle Klanginformationen beinhalten, die für ein perfektes Klangergebnis notwendig sind. Bei Lautsprechern, die stark mit dem Raum interagieren, kann man nur versuchen, das beste aus der Situation zu machen. Immer wird es aber so sein, dass ein nicht unbedeutender Schallanteil indirekt beim Hörer ankommt. Dieser Schallanteil ist zeitverzögert (phasenverschoben) und kommt aus mehreren unterschiedlichen Richtungen. Nicht nur verschiedene Gegenstände, sondern auch die raumbegrenzenden Wände werden dabei je nach Oberflächenbeschaffenheit wirksam. Jede reflektierende Fläche wird somit zur Störquelle. Ganz schlimm ist es, wenn diese Störung unsymmetrisch erfolgt. Eine Verhinderung, zumindest aber eine Verringerung dieser störenden Reflexionen verbessert die Wiedergabe als Ganzes und auch die des Stereoeffektes (Breitenstaffelung, Mittenortung).

Die sich bei der Wiedergabe mit Lautsprechern „abspielenden“ Vorgänge im Raum sind unglaublich komplex, da die Musik aus einer ununterbrochenen Abfolge von unterschiedlichen Tönen besteht, denen unzählige Reflexionen folgen. An jedem Punkt im Raum gibt es (frequenzabhängig!) unterschiedlichen Schalldruck.

Alle bisher beschriebenen Maßnahmen zur Verbesserung der Raumakustik helfen jedoch nur und bestenfalls bis etwa 300Hz herab. Darunter wird es mit herkömmlichen Methoden immer schwieriger, Schall zu absorbieren. Die Wellenlängen bewegen sich unter 344Hz schon im Meterbereich und bei diesen Frequenzen werden immer mehr die Raumdimensionen wirksam. Aus musikalischer Sicht gehören diese Frequenzen bereits zum oberen Teil des wichtigen Grundtonbereiches, welches etwa 4 Oktaven umfasst und bei ca. 80Hz beginnt. In diesem Bereich sind die Auswirkungen der von den Wänden reflektierten Gegenwellen schon deutlich merkbar. Bei gleicher Frequenz und völliger Phasengleichheit (Null Grad Phasenversatz) kommt es zu einer maximalen Addition der Wellen und dadurch fast zu einer Verdopplung des Schalldruckes. Bei gleicher Frequenz und 180 Grad Phasenversatz kommt es zu einer maximalen Subtraktion der Wellen und dadurch fast zu einer völligen Auslöschung. Zwischen 0 und 180 Grad Phasenversatz sind alle Zwischenstufen möglich. Bei Frequenzen unter etwa 120Hz wird die Sache dann ganz „dramatisch“! Diese Schallwellen werden dann überhaupt nicht mehr absorbiert, sondern nur noch reflektiert. Die Folge sind besonders kräftige Reflexionen, die sich zwischen zwei gegenüberliegenden Wänden als „stehende Wellen“ aufbauen. Je nach Position des Hörers (oder Messmikrofons) ergeben sich dadurch im Raum stark unterschiedliche Schalldrücke. Die so entstehenden Frequenzüberhöhungen und Einbrüche werden Raummoden genannt. Diese Raummoden machen sich vor allem als unangenehm dröhnende Bassfrequenzen bemerkbar. Es ist nicht möglich, sie mit einfachen Mitteln zu beseitigen. Jeder rechteckige Raum, mit normalerweise drei unterschiedlichen Dimensionen (Länge, Breite, Höhe), hat drei berechenbare Grund-Resonanzfrequenzen, sowie Vielfache davon. Die einfache Formel dafür lautet: Schallgeschwindigkeit (344m/s) dividiert durch die zweifache Länge, Breite oder Höhe des Raumes in Metern. Die so errechneten Frequenzen werden in der Nähe der Raumbegrenzungen (Wände, Boden, Decke) besonders stark betont. Wenn die berechnete Frequenz verdoppelt wird, entsteht zusätzlich in der Raummitte eine stehende Welle und somit drei mal Pegelmaximum. Eine weitere Verdopplung der Frequenz ergibt zwei stehende Wellen mit Pegelmaximum in den Raumdritteln und in Summe vier mal Pegelmaximum. Bei Frequenzen dazwischen ergeben sich unsymmetrische „Wellenberge und Wellentäler“ im Raum. Noch einmal verstärkt wird dieser Effekt, wenn zwei oder gar drei Raumdimensionen miteinander „harmonieren“ (mathematisch glatt teilbar sind). Beispielsweise 10 Meter Länge, 5 Meter Breite und 2,5 Meter Höhe. In so einem Raum würden Frequenzen um den Mittelwert von 68,8Hz (344:5) an bestimmten Stellen mit bis zu 3-fachem Pegel wiedergegeben werden. Da die Musik aber nicht aus einzelnen gleichlauten Dauertönen besteht, sondern aus sich ständig wechselnden Frequenzen mit unterschiedlichen Pegeln, sind die Auswirkungen nicht ganz so dramatisch.

An dieser Stelle ein wichtiger Hinweis: bei kleinem Hörabstand sind negative Auswirkungen der Raumakustik geringer als bei großem (aus diesem Grund werden Lautsprecher auch meist im Nahfeldbereich gemessen).

Raummoden Grafik
Stehende Wellen

Beispiel: ein 6,88 Meter langer Raum

Blau: 25Hz, Pegelmaximum an den Wänden Rot: 50Hz, Pegelmaximum an den Wänden und in der Raummitte Grün: 100Hz, Pegelmaximum an den Wänden und in den Raumdritteln Wie ganz deutlich zu erkennen ist, hängt es auch stark davon ab, wo man sich als Hörer im Raum befindet.

Aus musikalischer Sicht

Der tiefste Ton, den ein Akustik- oder ein 4-saitiger Elektrobass erzeugen kann (E-Saite ungegriffen), beträgt 41,2Hz. Die ungegriffene H -Saite eines fünfsaitigen E-Basses schwingt mit 30,9Hz. Diese Saiten werden aber fast nie ungegriffen gespielt. Die Frequenzen, die beim üblichen Bassspiel erzeugt werden, bewegen sich hauptsächlich innerhalb von zwei Oktaven, also zwischen ca. 45 und 180Hz. Die Basstrommel (Kickbass) eines Schlagzeuges wird auf etwa 50- 55Hz gestimmt. Orgeln und Synthesizer reichen zwar noch wesentlich tiefer, werden aber sehr selten in diesen Bereichen gespielt, weil solche Frequenzen nicht mehr als „Ton“ zu bezeichnen sind und auch Bühnenlautsprecher hier keinen brauchbaren Schalldruck mehr zustande bringen. Es reicht also völlig aus, wenn Lautsprecher ohne wesentlichen Pegelverlust bis zu 40Hz hinabreichen und diese tiefen Frequenzen auch noch mit höherem Schalldruck sauber wiedergeben können. Diese Fähigkeit haben im Normalfall nur größere Modelle und/oder gute Subwoofer.

Aufnahmen für die Heimkinowiedergabe

Mittels Frequenzanalyse wurde festgestellt, dass auch hier Frequenzen unter 30Hz kaum vorkommen. Selbst bei der Wiedergabe von Erdbeben, Detonationen, Hubschrauberlandungen etc. gibt es nur selten tiefere Töne. Auch die meisten Subwoofer (Papier ist geduldig!) können darunter keinen brauchbaren Schalldruck mehr erzeugen. Und selbst wenn ein Subwoofer dazu in der Lage ist und solche Frequenzen irgendwo einmal vorkommen, können diese nur unter bestimmten Voraussetzungen (siehe Grafik oben) wiedergegeben werden! Subwoofer, die in Prospekten mit unteren Grenzfrequenzen nahe 20Hz „angegeben“ werden, erreichen diese bestenfalls bei Messungen mit abgeschwächtem Pegel und unmittelbar vor der Lautsprechermembran (Nahfeldmessung). In der Praxis sind solche Frequenzen längst nicht mehr hörbar, es entsteht nur noch ein flatterndes Luftgeräusch.

Die Beseitigung von stehenden Wellen im Raum

Es gibt eine aufwändige, aber recht wirksame Methode, die akustischen Eigenschaften eines Hörraumes im Tieftonbereich zu verbessern. Durch den Einsatz von Bassfallen (auch Helmholtz-Absorber genannt) ist es möglich, Frequenzüberhöhungen abzuschwächen und dadurch den Hörraum auf physikalische Weise zu optimieren. Eine Bassfalle ist im Grunde genommen nichts anderes als eine Bassreflexbox, aber ohne eingebautem Lautsprecher. Das Volumen und die Reflexöffnung wird auf eine vorgegebene Frequenz abgestimmt. Sobald diese im Raum vorkommt, wird deren Schallenergie in das Boxeninnere gesaugt und dort in einem so genannten akustischen Sumpf (Stein- oder Schafwolle) abgebaut. In Tonstudios werden Bassfallen mit gutem Erfolg eingesetzt, im Wohnbereich ist deren Verwendung aus Platzgründen meist schwer möglich.
Mit irgendwelchen „Pölsterchen“ und ähnlichen kleinvolumigen Absorbern, die immer wieder zum Raumtuning angeboten werden, ist hier jedenfalls nichts zu holen, denn dazu sind die Wellenlängen und die Bassenergie viel zu groß.

Kompaktlautsprecher sind prinzipiell unproblematischer im Tieftonbereich

Kompaktlautsprecher verhalten sich im Bassbereich meist problemloser, weil sie nicht in der Lage sind Frequenzen unterhalb von ca. 50-60Hz mit höherem Schalldruck abzugeben. Zwar geben viele Hersteller bei ihren Kompaktlautsprechern noch wesentlich tiefere untere Frequenzgrenzen an, aber in der Praxis können diese (am Hörplatz) fast nie erreicht werden. Derartige Frequenzen sind bestenfalls bei sehr kleinen Pegeln und nur im Nahfeldbereich (wenige Zentimeter vor der Membrane) messbar (Details unter Wissenswertes zu Lautsprechern in dieser HP).

Aktive Subwoofer zur Tieftonerweiterung

Das von Kompaktlautsprechern schwach wiedergegebene Tieftonbereich kann mit Hilfe von guten aktiven Subwoofern (zwei sind wesentlich besser als einer!) verstärkt, bzw. nach unten erweitert werden. Alles was es dazu zu sagen gibt, steht in einem eigenen Artikel (Subwoofer allgemein).

Elektronische Geräte zur Raumklangkorrektur

Bei Raumakustikproblemen wird gerne der Einsatz von Klangkorrekturgeräten auf digitaler Basis empfohlen. Die meisten A/V-Receiver haben sie bereits fix eingebaut. Diese stellen aber kein „Allheilmittel“ dar, bestenfalls grobe Unregelmäßigkeiten im Schalldruckverlauf und die durch unsymmetrische Lautsprecheraufstellung entstehenden Laufzeitunterschiede können damit am Hörplatz ausgeglichen werden. So ein Gerät kann nicht helfen, aus einem akustisch schlechten Hörraum einen guten zu machen, alle raumakustischen Probleme bleiben wie sie sind. Nur die Situation am Hörplatz kann damit etwas verbessert werden.

Die Raumakustik ist neben der Aufnahmequalität der wichtigste Faktor für guten Klang. Ist nur eines davon mangelhaft, hilft auch die „beste HiFi Anlage der Welt“ nichts (und der ganze HiFi-Voodoo schon gar nicht).