Raumakustische Grundlagen

Sollten Sie neu in der Welt der Raumakustik sein, haben wir hier ein paar Grundlagen für Sie zusammen gefasst, welche den Einstieg vereinfachen. Sie können den Artikel natürlich auch herunterladen und ausdrucken.

Raumakustische Grundlagen

Grundlagen der Akustik
Schauen wir uns einmal an, wie sich Schallwellen im Raum ausbreiten.

Tiefe Frequenzen dehnen sich aus und können den Raum ausfüllen. Wenn die Wellenlänge einer Frequenz genau so groß ist wie eines der Raummaße, entsteht eine so genannte Raummode (vorausgesetzt, die Energie ist hoch genug um diese anzuregen)…
Dies passiert wenn Sie musizieren oder Musik hören.

Dieses Phänomen geschieht aufgrund der natürlichen Raumresonanz und wird wie bereits erwähnt “Raummode“ genannt.

Es gibt 3 verschiedene Arten der Raummoden: Axiale, Tangentiale und Obliqe Raummoden.

Axiale Moden
Axiale Moden

Axiale Moden bilden sich aus Länge, Breite und Höhe des Raumes.

Tangentiale Moden
Tangentiale Moden

Tangentiale Moden bilden sich aus 4 Flächen im Raum.

Oblique Moden
Oblique Moden

Oblique Moden aus allen 6 Flächen im Raum.

Durch Raummoden entsteht eine Reihe von Zonen im Raum in denen Frequenzen über oder unterbetont werden. Der Schalldruck welcher durch Raummoden erzeugt wird ist an Wänden stärker, noch stärker in Raumecken und an Übergängen zwischen Decken und Wänden sogenannten dihedralen Ecken. Am stärksten entstehen diese Moden an trihedralen Ecken an welchen z.B. zwei Wände und die Raumdecke zusammentreffen.

Es ist offensichtlich, dass wenn Sie beim Mixdown in einer Zone sitzen, in welcher z.B. eine Unterbetonung im Bassbereich vorliegt, sie automatisch zu viel Bass hinzufügen. Somit wird sich ihr Mix niemals korrekt auf anderen Systemen übersetzen.

Auf der anderen Seite, kann eine Unterbetonung im Bassbereich an der Abhörposition zu einem dünnen Mix führen.

Um diese Problematik zu lösen und eine Akustik zu schaffen in der Sie einen Mixdown erstellen können, welcher sich gut auf andere Systeme übersetzt, müssen sie entweder ihre Raumakustik optimieren um die Auswirkungen der Raummoden zu minimieren oder sich an die Eigenarten ihres Raumes gewöhnen.

Ja – Sie können sich in ihren Raum einhören und lernen die Ungleichmässigkeiten zu kompensieren – doch das wird sicher kein Spass. Es ist eine Menge harte Arbeit, sollten sie also Spass an der Sache haben wollen – sind Sie wesentlich besser beraten ihren Raum akustisch zu optimieren.

Verschiedene Arten von Akustikmodulen
Es gibt eine Reihe verschiedener Produkte mit welchen die Raumakustik verbessert werden kann. Schauen wir uns einmal ein paar der gängigen Module an.

a) a)Diffusoren – funktionieren anhand des Prinzips der Positions- und Bewegungsmodifikation des Schalls im Raum in Relation zur eigenen wie auch anderen Frequenzen.

Zylindrische Diffusoren funktionieren indem sie Frequenzen streuen, sodass sie nicht in voller Intensität auf sich selbst reflektieren.

Skyline Diffusoren arbeiten nach dem selben Prinzip wie zylindrische Diffusoren.

Skyline Diffusoren
Skyline Diffusoren
Quadratische Wurzel Diffusoren
Quadratische Wurzel Diffusoren

Kammer QRD’s (Quadratische Wurzel Diffusoren) modifizieren die Position mehrerer Schallwellen in Bezug auf den Raum. Dies geschieht durch die Nutzung verschieden tiefer Kammern.

b) Glasfaser- und Steinwolle, Bassfallen bis Hochtonabsorber

Aus Glasfaser und Steinwolle gefertigte Module wirken grundsätzlich breitbandig – somit wirken sie auf das gesamte Frequenzspektrum. Sie sind eine sehr kosteneffektive Raumakustikmaßnahme. Es sollten etwa 100 Gramm pro Kubikdezimeter für mittlere bis hohe Frequenzen und 50 Gramm pro Kubikdezimeter für tiefe Frequenzen verwendet werden.

Eine Installation dieser Module mit einem Luftspalt zwischen der Angrenzenden Fläche und den Modulen erhöht die Effektivität. Die Module können sehr effektiv tiefe Frequenzen bedämpfen, wenn man sie in dihedralen und trihedralen Raumecken anbringt.

Diese Module funktionieren aufgrund des Prinzips der Umwandlung von Schalldruck in Wärme. Dies geschieht während der Schall durch das Dämmmaterial dringt.

c) Schmalbandige Bassfallen

Panelabsorber und Helmholzbassfallen wirken relativ schmalbandig auf tiefe Frequenzen. Deshalb sind diese Module meist die letzte Lösung um mit einer spezifischen Problemfrequenz in einem Raum fertig zu werden, nachdem Breitbandlösungen installiert wurden.

Panelabsorber werden als versiegelte Kammer konstruiert und müssen luftdicht gebaut werden um richtig zu funktionieren. Sollten sie mit der Zeit nicht mehr dicht sein, werden sie auch weniger effektiv. Ein Panelabsorber kann effektiv eine Oktave bedämpfen (eine halbe Oktave über und unter der Mittenfrequenz) indem Glasfaserwolle hinter dem Panel installiert wird ohne dies zu berühren. Würde die Wolle das Modul berühren könnte es nicht mehr frei schwingen und somit seine Funktion nicht erfüllen.

Helmholzbassfallen oder Helmholzresonatoren werden aus Holzlatten konstruiert die auf einer Rahmenkonstruktion befestigt werden. Die Frequenzen welche die Falle bedämpft werden bestimmt durch die Tiefe des Moduls, die Breite und dicke der Latten und den Spalt zwischen aneinander grenzenden Latten.

Ist das Modul tief konstruiert und die Spalte zwischen den Latten sehr schmal können diese Module sehr tiefe Frequenzen kontrollieren.

Auch hier kann durch anbringen von Glassfaserwolle hinter den Latten die Bedämpfung um eine Oktave um die Mittenfrequenz erweitert werden.

Ein Helmholzuresonator kann auch als Bassfalle konstruiert werden, wenn er z.B. als sehr breite Falle gebaut wird oder durch die Variation der Spaltbreite in einer schmalen Falle.

Wie Sie Ihren Raum messen können
Es gibt einige gute Programme zum messen eines Raums, ich nutze gerne ein Programm Namens EFT welches von einer Firma Namens Acoustisoft vertrieben wird.

Es gibt eine downloadbare Demoversion aber ich rate die Vollversion zu kaufen um alle enthaltenen Funktionen nutzen zu können.

Das messen selbst ist nicht sonderlich schwer und die Bedienungsanleitung ist sehr gut, weshalb ich nicht viel Zeit aufwenden werde die Bedienung der Software zu erklären. Was allerdings wichtig ist, ist dass Sie verstehen wie wichtig das mehrmalige testen ist.

Der erste wichtige Punkt ist die Aufstellung der Lautsprecher und die Ausrichtung der Sitzposition. Lesen Sie die Anweisungen ihres Lautsprecherherstellers und benutzen Sie die angegebenen Informationen um ihre Abhörlautsprecher zu optimieren.

Danach sollten Sie einige Testmessungen in der Position machen, in welcher Sie sitzen werden um herauszufinden in welcher Position die Wiedergabe am gleichmässigsten ist.

Sie sollten niemals nur eine Testmessung machen und aufgrund dieser arbeiten. Für jede Position des Mikrofons sollten mindestens 10 Messungen gemacht werden. Diese können nun übereinander gelegt werden. Die Messungen welche nun aus dem Raster fallen sind Fehlerhaft und können entfernt werden. Da verschiedene Anomalien auftreten könne, ist es wirklich wichtig viele Messungen durchzuführen.

Wenn Sie das Mikrofon bewegen, dann immer nur in wenigen Zentimeterschritten.

Bei dieser Tätigkeit sollten Sie sich Zeit lassen auch wenn Sie sicher gerne schnell fertig werden und ihr Studio oder ihr Musikzimmer in Betrieb nehmen wollen. Sie sollten sich aber die Zeit nehmen, die Messphase gewissenhaft durchzuführen, da sie davon auf lange Sicht profitieren werden.

Wie Ihre Ergebnisse aussehen werden hängt stark von ihrem Raum ab, Sie werden aber auf jeden Fall Raummoden und hochfrequente Reflexionen erkennen können.

Wenn Sie die Position mit der linearsten Wiedergabe gefunden haben, ist dies genau die Stelle an der Sie sitzen sollten.

Nun sollten sie ihre Lautsprecher in einem gleichseitigen Dreieck ausgehend von ihrer Sitzposition ausrichten wobei das Schmale Ende des Dreiecks etwa 2,5 bis 10cm hinter ihrer Messposition enden sollte. Dies sorgt dafür, dass ihre Stereobild korrekt wiedergegeben wird.

Danach messen sie erneut und und fein justieren durch minimale Bewegungen des Mikrofons. Am Ende positionieren sie ihre Lautsprecher final.

Geben Sie acht, dass die Lautsprecher so ausgerichtet ist, dass die Hochtöner auf Höhe ihrer Ohren sind. Lesen sie die nächste Seite für die richtige Lautsprecherpositionierung.

Richtige Lautsprecheraufstellung
Die Standard Lautsprecherausrichtung für Stereosysteme erfolgt üblicherweise in einem gleichseitigen Dreieck wodurch ein korrektes Stereobild abgebildet wird.

Standard Lautsprecherausrichtung für 2 Kanal Stereo
Standard Lautsprecherausrichtung für 2 Kanal Stereo

Die Standard Lautsprecherausrichtung für 5 Kanal Surroundsysteme wird begonnen mit der selben Anordnung der vorderen linken und rechten Lautsprecher. Die restlichen Lautsprecher sollten in der selben Distanz aufgebaut werden wie die Hauptlautsprecher. Die Winkel können Sie der Zeichnung entnehmen.

Standard Lautsprecheranordnung für 5 Kanal Surroundsound
Standard Lautsprecheranordnung für 5 Kanal Surroundsound
Raumeinrichtung
Raumeinrichtung (2 Kanal und Surroundsound)

Als Faustregel gilt, die Abhörposition sollte so gewählt werden, dass ihr Kopf den selben Abstand zur Linken und Rechten Wand hat. Des weiteren sollten Sie sich von der vorderen Wand in den Raum hinein bewegen, bis sie ungefähr 38% der Strecke zurückgelegt haben.

Anmerkung: Dies ist nur eine Anfangsposition von welcher aus sie sich vor oder zurück bewegen sollten, um die perfekte Position zu finden. Die Lautsprecheranordnung sollte wie in den oben stehenden Bildern dargestellt aussehen. Es sollte ein Gleichseitiges Dreieck gebildet werden welches 3-10 cm hinter ihrem Kopf zusammenläuft.

Hinweis: Dies wird in der Zeichnung auf der rechten Seite abgebildet.

Am Anfang der Messung sollte das Messmikrofon an der zuvor angegebenen Position stehen und dann in kleinen Schritten in Richtung der endgültigen Abhörposition bewegt werden.

Sie suchen nach dem Punkt mit der gleichmässigsten Frequenzwiedergabe.

Es ist wichtig zu verstehen, dass immer Über- und Unterbetonungen auftreten werden, es geht nur um die beste Position bevor Raumakustischen Maßnahmen getätigt wurden.

Treatment Placement
Akustikmodule platzieren

Wo die Akustikmodule platziert werden sollten ist einfach zu bestimmen. Fangen Sie mit den Raumecken an und arbeiten sich weiter vor.

In den Raumecken sollten Bassfallen angebracht werden, welche optimaler Weise die Ecken verdecken und vom Boden bis zur Decke des Raumes reichen.

Der Grund hierfür ist, dass sich Bassfrequenzen in dihedralen Ecken (in denen Wände und Decken oder 2 Wände aufeinander treffen) mehr aufstauen als an graden Wänden. Auch stauen sie sich in trihedralen Ecken (Wo 2 Wände eine Decke oder einen Boden treffen) mehr auf als in dihedralen.

Somit ist der akustische Effekt von Bassfallen in einer Raumecke wesentlich höher als vor einer flachen Wand. Werden die Fallen nun so platziert, dass sie bis zur Decke reichen werden also 2 trihedrale Ecken bedämpft, was zu noch besseren Effekten führt.

Auch Erstreflektionen sollten vermindert werden, Diese können von Decken und Wänden zurückgeworfen werden und beeinträchtigen die korrekte Stereoabbildung.

Beim Mischen von Musik ist eine korrekte Stereoabbildung unerlässlich. Das reche Ohr sollte hören was aus dem rechten Lautsprecher kommt und umgekehrt. In einem akustisch unbehandelten Raum, kann es dazu kommen, dass die Reflektionen das andere Ohr zu früh erreichen und somit das Stereobild gestört wird.

Es entstehen Kammfilter Effekte, Flatterechos und auch Lokalisationsfehler, da das Gehirn z.B. einen Klang dem linken Lautsprecher zuordnet obwohl dieser aus dem rechten Lautsprecher kommt.

Die richtigen Stellen zum anbringen der Absorber zu finden ist relativ einfach.

Lassen Sie einen Helfer einen Spiegel an Wände und die Decke halten und schauen Sie von ihrer Sitzposition aus hinein. Nun soll ihr Helfer den Spiegel langsam bewegen. Jede Position von welcher aus Sie einen Lautsprecher sehen können sollte mit einem Absorber versehen werden. Vergessen Sie hierbei nicht die Rückwand ihres Raums.

Für Erstreflektionen empfehlen sich 5 Zentimeter dicke Glasfaserwollemodule mit einer dichte von 0,5 gramm pro Kubikzentimeter. Der Wirkungsgrad erhöht sich wesentlich, wenn die Module mit etwas Entfernung zur Wand platziert werden. Dies erhöht auch die Wirkung hin zu tiefen Frequenzen was eine bessere Kontrolle des Basses im Raum ermöglicht.

Ein Beispiel für einen Kammfiltereffekt finden sie in der unten stehenden Zeichnung. Kammfilter wird dieser Effekt genannt da der Graf des Signals einem Kamm ähnelt.

Module welche an Reflektionspunkten an der Wand angebracht werden, verhindern diese Problematik.

Kammfilter
Kammfilter

Untenstehend sehen Sie die Darstellung eines Flatterechos. Auch dies kann verhindert werden indem Module an der Rückwand, an Punkten in welchen die Lautsprecher im Spiegel sichtbar sind, angebracht werden.

Flatterecho
Flatterecho

Im letzten Bild sehen Sie eine andere Problematik um welche Sie sich auf jeden Fall kümmern sollten. Dies ist eine Situation in welcher das Linke Ohr ein Signal das vom Rechten Lautsprecher abgestrahlt und reflektiert wurde zu früh wahrnimmt. Das Gehirn denkt nun das Signal käme aus dem linken Lautsprecher.

ed_left_ear

 

Es bleibt zu Betonen, dass all diese Probleme einfach durch Modulen an den Reflektionspunkten gelöst werden können.

Was die Decke betrifft könnten Sie diese mit den Selben Maßnahmen versehen, ich persönlich rate aber dazu eine Cloud an der gesamten Decke zu installieren. Ich mag den reflektiver Boden absorptive Decke Ansatz in einem Raum.

Testresultate verstehen
UNDERSTANDING REPORTED TREATMENT TEST RESULTS
Was genau ist ein Absorptionskoeffizient und was bedeutet er?

Der Absorptionskoeffizient eines Materials ist die Messung seiner Absorptionswirkung bei einer bestimmten Frequenz auf einer Fläche von 0.093 Quadratmetern.

Die Messungswerte rangieren von 0.00 bis 1.00 wobei 0.00 keine Absorption bedeutet (also volle Reflektion) und 1.00 eine volle Absorption (keine Reflektion). Diese Messungen werden angegeben als Sabin Einheiten.

Was interessant ist, ist dass ein Material tatsächlich mehr als die volle Absorption für eine bestimmte Frequenz leisten kann. Dies ist nicht nur zurück zu führen auf die Dichte und Dicke des Materials sondern auch die Positionierung und ob die Ecken frei gelegt sind oder nicht.

Aus diesem Grund ist es nicht nur einfach die Eigenschaften des Materials zu kennen sondern auch die Art und Weise der Installation während des Tests.

Um die selben Ergebnisse wie im Test zu erzeugen muss das Material oder Modul genau wie im Test installiert werden. Ansonsten werden Sie nicht in der Lage sein die Auswirkungen der Maßnahme zu berechnen.

EQ oder Raumakustik
Es gibt einen steigenden Trend der auch von Lautsprecherherstellern unterstütz wird, ich spreche von der Nutzung von Schmalbandigen Filtern um Moden in Abhörräumen zu korrigieren.

Ich kann nur betonen, dass dies niemals eine sinnvolle Lösung akustischer Probleme darstellt.

Der Grund dafür ist folgender: Sie erstellen eine Messungsanalyse der Raumakustik an der Position des Mikrofons. Würde die Messung eine 10 dB Überbetonung bei 40 Hz anzeigen, würde man also eine schmalbandige Absenkung am Equalizer an der selben Frequenz einstellen bis das Signal ausgeglichen wurde.

Dies mag für die Amplitude der Frequenz funktionieren, jedoch nicht für die Schwingung des Raumes. Diese muss auch kontrolliert werden, damit der Raum ihre Musik akkurat wiedergeben kann und Sie die Auswirkung der Effekte im Mixdown bewerten können.

Davon abgesehen sind 10 dB meist das Maximum das durch Parametrische Equalizer abgesenkt werden kann. Oft gibt es in Räumen aber Überbetonungen von 20-30 dB.

Genauso würden sie bei Unterbetonungen eine Anhebung mit dem Equalizer durchführen. Bei Unterbetonungen kann man durch Anhebungen mit einem Equalizer noch weniger erreichen. Ein Maximum von 3-6 dB ist meistens die Grenze (Abhängig vom Lautsprecherhersteller. Manche Hersteller fügen gar keine Anhebungsmöglichkeit hinzu, da Sie sich der Problematik bewusst sind.)

Wenn Sie in einer wirklichen Nullzone sitzen wird die Signalamplitude 0dB betragen. In diesem Falle wird eine 100 dB Anhebung immer noch 0dB Signal im jeweiligen Frequenzbereich bedeuten.

Die Quintessenz ist folgende: Nachdem Sie all die Einstellungen am Equalizer getätigt haben werden Sie trotz allem Raumakustikmaßnahmen durchführen müssen um den gesamten Raum unter Kontrolle zu bekommen und andere Probleme zu beseitigen. Nachdem Sie diese dann durchgeführt haben werden sie die Änderungen am EQ irrelevant machen.

Sparen Sie sich also eine Menge Zeit und Aufwand und führen Sie Raumakustische Maßnahmen durch. Den Equalizer können sie nach diesen Maßnahmen einsetzten, hauptsächlich um ihre Lautsprecher anzupassen.

Akustische Mythen
Es gibt eine ganze Palette an günstigen, ineffektiven Lösungen für akustische Problem in Räumen. Schauen wir uns ein paar der bekannteren „magischen“ Lösungen an.

Eierkartons

Ich wünschte ich hätte einen Euro für jedes mal als mir jemand erzählt hat, das Eierkartons seine akustischen Probleme gelöst hätten bekommen.
Manche dieser Leute sind sehr intelligente Menschen, deren Meinung mir in anderen Bereichen sehr wichtig ist.

Die Warheit ist: Auch wenn die Wände und Decken ihres Raums mit diesen Materialien zu bedecken den Klang ihres Raums ändern wird, ist der nützliche Effekt gleich Null.

Als erstes haben sie so gut wie keine Dichte und wirken somit nicht auf tiefe Frequenzen. Als Diffusor kann man sie nicht einsetzen, da sie viel zu flach und gleichmässig um eine echte Auswirkung zu haben.

Kurz gesagt, auch wenn sie kostenlos sind, sind sie leider aus akustischer Sicht auch Nutzlos.

Günstige Schaumstoffprodukte

Es gibt eine ganze Reihe Firmen, welche billige Schaumstoffprodukte vertreiben, die genau aussehen wie kostspielige Schaumstoffprodukte namhafter Hersteller.

Verschwenden Sie nicht ihr Geld.

Werden diese Produkte in Tests mit namhaften Produkten verglichen schneiden sie sehr schlecht ab.

Schaumstoff ist nicht gleich Schaumstoff – er unterscheidet sich Dichte und der chemischen Zusammensetzung.

Nebenbei sind Verpackungsschaumstoffe typischerweise nicht feuerfest. Flammen und Rauch entwickeln sich bei Feuer sehr schnell an diesen Produkten.

Wenn Sie nicht hundert Prozent sicher sind um welche Art Schaumstoff es sich handelt und ob dieser Feuerfest ist, nehmen Sie sich die Zeit einen kleinen Feuertest an einem kleinen Stück des Produkts durchzuführen.

Zünden Sie ein kleines Stück des Produktes in einer kontrollierten Situation an wobei Sie sicherheitshalber einen Feuerlöscher zur Hand haben sollten. Wenn es ein feuerfestes Produkt ist sollte die Flamme wenn Sie sie vom Modul entfernen selbstständig erlöschen.

Ist dies nicht der Fall gehört das Produkt nicht an ihre Wand.

Nicht feuerfeste Schaumstoffe waren in letzter Zeit ein wichtiger Faktor für ein paar der tödlichsten Diskothekenbrände der jüngeren Geschichte. Schützen Sie ihre Verwandten und Freunde und bringen keine Produkte an ihren Wänden und Decken an die dort nicht angebracht werden sollten.

Decken

Decken, Vorhänge und Matratzen sind gleichfalls nicht geeignet um die Raumakustik zu beeinflussen. Sie nehmen die hohen und mittleren Frequenzen aus dem Raum, während die tiefen Frequenzen und unteren mitten gleich bleiben. Der Raum klingt dumpf und undefiniert wobei die tieffrequenten Probleme bestehen bleiben.

Sie sind wesentlich besser beraten sich professionelle Produkte zu kaufen oder selber Module mit Glasfaser- oder Steinwolle zu fertigen.

Zum Abschluss bleibt zu sagen: Wenn Sie Schlussendlich die modalen (und auch nicht modalen) Probleme ihres Raumes gelöst haben, können Sie nun tuen was Sie eigentlich tun möchten und zwar an Musik arbeiten. Haben Sie viel Spaß dabei.