Wie Diffusion funktioniert

Diffusion ist ein oft fehlverstandenes Konzept im Bereich der Akustik; also was genau ist Diffusion? Laut Webster gibt es verschiedenste Definitionen welche sich auf verschiedene Fachbereiche beziehen. Schauen wir uns zuerst die generelle und danach die akustische Definition an.

Grundsätzlich ist Diffusion die Bewegung von Substanz aus einer hoch konzentrierten in eine niedrig Konzentrierte Umgebung.

In der Akustik bedeutet Diffusion die Streuung von Schallwellen um die Ortung schwerer zu gestalten.

Diese zwei Definitionen scheinen zwar sehr unterschiedlich, sind es aber tatsächlich nicht. Wenn wir an eine Serie von Schallwellen denken welche von einer Wand reflektiert werden, sind diese gebündelt und bewegen sich zur selben Zeit in die selbe Richtung. Diese Wandreflexionen werden zum Hörer zurückgeworfen und zwar zum vermutlichen selben Zeitpunkt und von der selben Position aus. Die Bündelung ist räumlich und zeitlich gleich geblieben.

Wenn wir nun einen Diffusor an dieser harten Oberfläche anbringen und die selbe Schallwelle erzeugen, was passiert dann? Die meisten Leute würden sagen, dass der Schall in andere Richtungen gestreut wird anstatt direkt reflektiert zu werden. Dies ist sicher richtig aber nur die halbe Wahrheit. Ein guter Diffusor wirkt nicht nur so auf die Schallwellen, dass sie sich in alle Richtungen verteilen, sondern er tut dies aus gleichmässig. Eine Schallwelle nur in 2 Richtungen aufzusplitten wäre nicht genug. Wir haben effektiv die Konzentration der Schallwellen in einem bestimmten Bereich des Raums geändert. Wir habe auch die Intensität der ersten Wellenfront durch verschiedene Reflexionen gestreut, so dass jede nicht nur aus einer anderen Richtung kommt, sondern auch noch schwächer wird und schwerere zu differenzieren ist. Hierbei haben wir jedoch keine Energie verloren.

Ein guter Diffusor nimmt auch Einfluss auf die zeitliche Domäne. Wenn die oben genannten Schallwellen gleichmässig in verschiedene Richtungen reflektiert weren, ändert sich auch die Wegstrecke, die die verschiedenen Schallwellen zurücklegen müssen um den Hörer zu erreichen. In der Welt des Schalls, ist Entfernung gleich Zeit. Der Einfachheit halber können wir sagen, dass 30cm etwa 1ms entsprechen. Teilen wir die Strecke also in 8 verschiedene Strecken auf (In der Realität gibt es wesentlich mehr Strecken wir nehmen der Einfachheit halber 8), hat jede eigene Strecke idealerweise eine unterschiedliche Länge, was bedeutet, dass alle zu 8 unterschiedlichen Zeiten eintreffen. Erneut verdünnen wir die Konzentration der Schallwellen jedoch dieses mal auf Zeitlicher und nicht auf räumlicher Ebene. Zusätzlich erzeugen die unterschiedlichen Streckenlängen Schwankungen in der Anzahl der Reflexionen und in der Luftmenge die die Schallwellen durchdringen, was dazu führt das jede Reflexion eine andere Intensität hat (mehr Streuung in einer anderen Domäne – Intensität)

Nun haben wir also 8 Reflektionen welche verändert wurden und zwar in 3 verschiedenen Domänen: Zeit, Richtung und Intensität. Dies macht es für unsere Ohren und unser Gehirn wesentlich schwieriger zu bestimmen woher der Schall tatsächlich kommt. Dies ist die Definition einer Schallquelle welche nicht lokalisiert werden kann. Das Ergebnis ist, dass wir unser Gehirn so austricksen, dass es denkt der Raum sei grösser als er ist. Dies führt zu einem räumlicheren Gesamtklang.

Es gibt duzende Mythen über selbstgebaute Lösungen für Diffusion. Die meisten funktionieren gar nicht oder nur in einem sehr schmale Frequenzbereich. Schauen wir uns eine dieser Lösungen an – ein Bücherregal gefüllt mit Büchern welche Wahllos tiefer oder weniger Tief platziert werden.

Zuerst mal sind Bücher, wenn überhaupt absorptiv und nicht reflektiv und zwar nur in den höchsten Frequenzen. Zweitens erzeugen wahllose Tiefenunterschiede nicht für wahllose Reflexionen in einem berechenbaren und kontrollierbaren Bereich. Die Weite, Höhe sowie Abstände und Anordnung der Schächte eines Diffusors werden sorgfältig berechnet um sicherzustellen, dass dieser die Schallwellen in einem 180 Grad Bereich angenehm und sanft streut.
Drittens, ohne die minutiöse Berechnung dieser Abstände, können frequenzabhängige Verirrungen durch auf und abbauende Welleninteraktionen verschiedener Reflexionen auftreten. Tatsächlich entstehen wenige der Vorteile eines Diffusors, wobei mehr Probleme in der Frequenzwiedergabe entstehen.

Ein anderer Mythos ist die Verwendung von CD oder DVD Hüllen in der selben Art. Zusätzlich zu der oben bereits erwähnten Problematik, sind die Hüllen selbst so schmal, dass der Wirkbereich nur in den höchsten Frequenzen liegt. Wie bereits erwähnt erzeugen die Weite, Tiefe und das Muster der Schächte des Diffusors nicht nur ein korrektes diffuses Muster sondern bestimmen auch den Frequenzbereich in welchem der Diffusor wirkt.

Häufig gestellte Fragen

Frage: Stimmt es, dass ich weit entfernt von einem Diffusor sitzen muss damit dieser funktioniert?

Antwort: Teilweise Ja und teilweise Nein. Man braucht einen gewissen Abstand zu einem Diffusor, damit dieser korrekt arbeiten kann. Je näher man sitzt, desto weniger Chance haben die Schallwellen sich von einem zu entfernen und desto weniger zeitliche Differenz entsteht bis Sie wieder auf Ihr Ohr treffen. Der Diffusor hat noch eine Wirkung aber eine wesentlich geringere.

Frage: Braucht man einen großen Raum damit Diffusion effektiv eingesetzt werden kann?

Antwort: Auch hier teilweise Ja und Teilweise Nein (Sie merken schon jeder Raum ist anders). Normalerweise wird in einem kleinen Raum wesentlich mehr Absorption zwecks Basskontrolle benötigt als in einem großen Raum. Dies lässt weniger Raum für Diffusion, abgesehen von der oben erwähnten Problematik. Trotzdem kann Diffusion in den hohen Bereichen des Raums sehr effektiv sein um Flatterechos und Reflektionen zu kontrollieren. Speziell in Aufnahmeräumen.

Frage: Was ist der beste Ort um Diffusoren anzubringen.

Antwort: Dies kommt sehr auf die Situation und die Nutzung des Raums an. Diffusion kann im oberen Bereich des Raums genutzt werden um Flatterechos zu eliminieren, im hinteren Bereich eines Raums an den Seitenwänden, an Stelle von Absorption an der Zimmerdecke etc. Der Häufigste Ort an dem man Diffusoren in einem Studio sieht ist die Rückwand. Trotzdem ist oft ein starker Absorber in diesem Bereich sinniger um z.B. starke Bassauslöschungen zu verhindern.

Frage: Wie hilft Diffusion in einem Aufnahmeraum?

Antwort: In einem Aufnahmeraum sollte der Klang relativ lebendig bleiben. Aber die Nachhallzeiten müssen trotzdem unter Kontrolle gebracht werden. Wir wollen auch einen groß klingenden Raum erzeugen. Diffusion kann Nachhall eliminieren und einen angenehmen, langen Raumklang bewirken ohne zu viel der Lebendigkeit aus dem Raum zu nehmen. Dies geschieht durch Streuung des Schalls, was dazu führt, dass dieser durch mehr Luftwiederstand muss und von mehr Flächen reflektiert wird, was die Intensität des Schalls vermindert. Um Nachhallzeiten zu kontrollieren wird Diffusion meist mit Absorption verbunden.

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