Autor Thema: Grundsätze zur akustischen Gestaltung eines Hörraums  (Gelesen 3533 mal)

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Offline Poison Nuke

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In diesem Thread will ich euch zeigen, welche Grundsätze es bei der akustischen Gestaltung eines Hörraums gibt.
Dabei muss unterschieden werden zwischen Stereo und Surround, weil beide Wiedergabearten unterschiedliche Anforderungen an die Raumakustik stellen.

Alle Raumakustikmaßnahmen in diesem Thread beruhen auf der Vorraussetzung, das sich die Einrichtung in einem Hörraum nach der Wiedergabe zu richten hat und das nicht eine Wiedergabelösung in einen Raum mit vorhandener Einrichtung eingerichtet werden muss.
Dies ist für eine gute Wiedergabe auch zwingend Vorraussetzung, wer nicht bereit ist, seinen Raum an die Wiedergabe anzupassen, sollte sich auch die Frage stellen, ob er überhaupt eine hochwertige Wiedergabe anstrebt.


Warum überhaupt den Hörraum akustisch optimieren?

Einige stellen sich jetzt sicher die Frage, warum die Akustik von einem Hörraum überhaupt so wichtig sein sollte.
Schauen wir uns dazu die beiden folgenden Grafiken an:



In der linken Grafik kann man erkennen, wie durch zwei dicke Pfeile dargestellt der so genannte Direktschall zum Hörer gelangt. Dies ist der Schall, den wir auch hören wollen.
Nun strahlt aber kein Lautsprecher so gerade ab, sondern je nach Frequenz zeigt er ein sehr ausgeprägtes Rundstrahlverhalten. Man braucht sich einfach nur mal hinter einen seiner Lautsprecher stellen und sich anhören, was man da hört. Es kommt sehr viel da hinten an, aber wie man sicher schnell mitbekommen dürfte, klingt es hinter dem LS sehr unausgewogen.
Dies liegt daran, weil jeder Lautsprecher ein gewisses Bündelungsmaß hat, das bedeutet: in bestimmten Frequenzbereichen wird der Schall gebündelt nach vorn abgestrahlt, in anderen Bereichen hingegen reicht die Bündelung nicht aus und es kommt sehr viel Schallanteil nach hinten.
Das ganze ist deutlich komplizierter, aber in diesem Thread will ich nicht genauer auf das Abstrahlverhalten der Lautsprecher eingehen. Es reicht für dieses Thema aus zu wissen, dass es hinter jedem Lautsprecher irgendwie anders klingt.

Das Problem ist nun, dass dieser Schallanteil, den wir da hinten hören, durch die Wände wieder zu uns an den Hörplatz reflektiert wird, wie in der linken Grafik durch die gestrichelten und gepunkteten Pfeile deutlich gemacht. Diese Reflektionen werden als Frühreflektionen bezeichnet, denn sie sind meistens innerhalb von 10ms nach dem Direktschall am Ohr, welches nicht in der Lage ist, zwei so kurz aufeinander folgende Signale zu unterscheiden. Dadurch überlagern sich diese Frühreflektionen mit dem Direktschall und es ergibt sich zum Teil ein total verbogenes Klangbild, je nachdem wie unterschiedlich die Abstrahlung vom Lautsprecher ist.

In der rechten Grafik sieht man dann, dass von dem Lautsprecher abgestrahlte Anteile auch durch die hinteren Wände wieder zum Hörer reflektiert werden. Diese Reflektionen haben aber den Vorteil, dass sie relativ unverfärbt sind, da sie von der Vorderseite des Lautsprechers stammen. Je nach Abstand zur Rückwand können sie einfach nur für ein lauteres Erscheinungsbild sorgen, oder aber auch als Frühreflektion bei größeren Abständen entweder mit dem Direktschall interferieren oder bei noch größeren Abständen erhöhen sie den Raumeindruck.

Neben den von der Vorderseite des Lautsprechers abgestrahlten Anteilen, kommen später aber auch noch die verfärbten von der Vorderwand hinzu.


Das bedeutet also, dass man in einem unbehandelten Raum von lauter Reflektionen umgeben ist, die das eigentliche Klangbild verändern. Je nach Raum kann das ganze dadurch „Livehaftiger“ wirken, aber dadurch leidet immer die Präzision, das Klanggeschehen wird undefinierbarer, die Bühnenabbildung unschärfer usw.

Um dem entgegen zu wirken, muss der Raum akustisch behandelt werden. Da Stereo und Surround unterschiedliche Anforderungen haben, werden auch beide getrennt betrachtet.


Stereo

Grundlage für eine authentische Stereowiedergabe ist das passende Stereodreieck. Ich werde hier nur kurz darauf eingehen:
-   beide Lautsprecher und der Hörer bilden ein gleichseitiges Dreieck. Das heißt, der Abstand zwischen den Lautsprechern ist genauso groß, wie der Abstand der Boxen zum Hörer. Dies entspricht auch einem Winkel von 60° zwischen den Boxen, wenn man vom Hörplatz aus schaut.
-   Die Lautsprecher sollten im Raum akustisch symmetrisch platziert werden. Im Idealfall versucht man rechts und links eine identische Wand zu haben, an der keine störenden Elemente sind (also rechts und links erstmal eine kahle Wand)
-   Die Boxen benötigen möglichst viel Abstand zu den Seitenwänden und zur Rückwand, damit frühe Reflektionen möglichst gering in ihrer Wirkung ausfallen
-   Die Aufstellung der Boxen und die Wahl des Hörplatzes unterliegt des Weiteren den Kriterien der Subwooferaufstellung, siehe dazu dieser http://allabout-hifi.magnetofon.de/index.php?topic=232 Thread zum Thema Raummoden und Subwooferplatzierung



Wenn die Lautsprecher nun also korrekt dastehen, muss die Raumakustik so angepasst werden, dass die oben beschriebenen Frühreflektionen von der Vorderwand und von der Seitenwand möglichst minimiert wird, denn da sie ein verfärbtes Klangbild haben, ohne jedoch deutlich leiser als der Direktschall zu sein, wirken sie sich besonderst negativ auf das Klangbild aus.
Diese Frühreflektionen müssten also durch Absorption bekämpft werden. Da nun aber von der Rückwand meist nützliche Anteile reflektiert werden, kann man nicht einfach den ganzen Raum dämpfen.

Aus diesem Grund hat sich ein Konzept über viele Jahre gut bewährt:

LEDE

LEDE ist die Abkürzung für Live End Dead End. Auf Deutsch: lebendiges Ende und totes Ende. Dies soll bedeuten, dass eine Raumhälfte so gestaltet ist, dass der Schall geschluckt wird und die andere Raumhälfte soll hingegen für ein Lebendigeres Klangbild sorgen.

In einem LEDE Raum wird dementsprechend also im vorderen Raumteil durch absorbierende Materialien der Anteil der Frühreflektionen minimiert.
Die Rückseite vom Raum aber wird mithilfe von Diffusoren so gestaltet, dass man keine diskreten, eventuell störenden Reflektionen von der Rückwand erhält, sondern dass ein verwischtest (diffuses) Klangbild einen besseren Raumeindruck erzeugt.

Einfach gesagt hat man in einem LEDE Raum also vorn Absorber und hinten Diffusoren.

Nur so einfach ist die Gestaltung nicht, denn es müssen einige Grundsätze beachtet werden:
-   Die Absorption darf nicht zu schmalbandig erfolgen. Wenn man lediglich poröse Absorber verwendet, dann hat man keinen nennenswerten Einfluss im Tieftonbereich.
-   Die Absorption sollte nicht so stark erfolgen, dass die Nachhallzeit zu tief sink. Für eine Stereowiedergabe wäre zwar im vorderen Raumteil eine Nachhallzeit von 0 ideal, weil dadurch nur noch der Direktschall zum Hörer gelangen würde und nichts das Klangbild verändern würde, nur ist ein so stark bedämpfter Raum nicht mehr angenehm zum leben, mal ganz abgesehen von den extremen Maßnahmen, die dazu notwendig wären
-   Es sollte versucht werden, dass die Nachhallzeit im Bereich von 0,25-0,4sek im Bereich ab 200Hz aufwärts liegen sollte, dieser Wert wird als angenehm in den meisten normalgroßen Wohnräumen empfunden.
-   Wichtig ist, dass die Nachhallzeit durch die Absorptionsmaßnahmen ab 200Hz linearisiert wird, damit unterschiedlich lang nachhallende Frequenzen das Klangbild nicht weiter beeinflussen
-   Unterhalb von 200Hz kann die Nachhallzeit etwas höher ausfallen, da erstens hier die Maßnahmen komplizierter werden, aber auch der klangliche Einfluss nicht mehr so groß ist
-   Mit den Diffusoren kann man hingegen nicht so viel falsch machen. Zu viele Diffusoren kann man nicht verwenden, da sie den Schall ja nicht schlucken, bzw. nur gering. Es sollte nur darauf geachtet werden, dass die untere Wirkfrequenz nicht zu weit von den 200Hz entfernt liegt, wenn man sehr viele Diffusoren verwendet.



Wo die Absorber platzieren?

Wenn eine großflächige Absorption nicht möglich oder nicht erwünscht ist, müssen die Absorber gezielt platziert werden:
-   man nimmt die rechte Grafik weiter oben zur Hilfe, und überträgt sich das gedanklich auf seinen Raum: man sucht nun also die Wandbereich heraus, an denen die Frühreflektionen stattfinden.
-   Hilfreich dazu ist folgende Methode: man setzt sich auf seinen Hörplatz und lässt sich von einer zweiten Person einen Spiegel an die Wand halten. Nun lässt man den Spiegel so lange verschieben, bis man vom Hörplatz aus im Spiegel einen Lautsprecher sehen kann. Diese Position ist nun die Stelle, wo ein Absorber platziert werden sollte. Das ganze wiederholt man nun solange, bis pro Lautsprecher mindestens 2 oder 3 Frühreflektionen gefunden wurden
-   Wer gerade niemanden zur Hilfe hat, kann das ganze auch gedanklich machen, wie beim Billard überlegt man sich, wo ein gedachter Schallstrahl an der Wand reflektiert werden müsste, damit er am Ohr ankommt

Was viele vergessen:
Nicht nur die Seitenwände, sondern auch Decke und Fussboden haben eine Menge Reflektionsfläche für Frühreflektionen. Am Boden ist meist nur ein dicker Teppich möglich, an der Decke kann man aber meist auch dickere Absorber oder gar Platten-/Lochplattenresonatoren verwirklichen (und wenn man sich in größeren Bürogebäuden und Tagungsräumen umsieht, wird man auch meist solche Absorber an den Decken vorfinden, denn diese Maßnahmen wirken sich sehr positiv auf die Sprachverständlichkeit aus).




Die Platzierung der Diffusoren in einem LEDE Raum erfolgt nach dem gleichen Prinzip: vorrangig an den Stellen, wo ein Spiegelbild der Lautsprecher zu sehen wäre. Aber wenn es möglich ist, sollte man eine sehr viel größere Fläche mit Diffusoren versehen. Denn weiter oben habe ich geschrieben, dass man möglichst bis 200Hz herunter diffundieren sollte, was aber mit Diffusoren normaler Größe nicht erreichbar ist, da diese meist Kantenlängen von 50-60cm haben. Nun kann man aber mithilfe von mehreren solch kleiner Diffusoren einen großen Diffusor bauen, bei dem jeder kleine Diffusor ein einzelnes Element darstellt.

Würde also so aussehen:




Es muss jetzt aber keiner Angst haben, dass er keine gute Raumakustik hinbekommt, nur weil so was für ihn undurchführbar ist, es stellt lediglich das Optimum dar, aber auch mit weniger lässt sich schon sehr viel erreichen.


Wichtig ist, dass man überhaupt etwas an seiner Raumakustik macht, wenn man Wert auf eine authentische Wiedergabe legt.




Surround

Damit bei Stereo eine bessere Räumlichkeit entsteht, wurden im hinteren Raumteil Diffusoren verwendet.
Bei Verwendung eines Surroundsystems ist dies nun aber Kontraproduktiv. Denn im Surround sorgen die hinteren Lautsprecher dafür, dass ein authentischer Raumeindruck entsteht.
Da nun hinter dem Hörer ebenfalls Lautsprecher stehen (wie diese aufgestellt werden, ist in #######diesem####### Thread nachzulesen), hat man die gleichen Probleme wie bei Stereo nun noch von hinten. Nämlich Frühreflektionen durch die Surround Lautsprecher.
 
Damit nun also der Surroundbereich ein authentisches Klangbild erzeugen kann, müssen auch hier die Reflektionen minimiert werden, was uns zum so genannten DEDE Raum führt. Also Dead End – Dead End.
Der Raum muss also hinten wie vorne absorbierend gestaltet werden.
Für Surround sollte wenn möglich eine so niedrige wie mögliche Nachhallzeit angestrebt werden, da bei entsprechend gutem Quellmaterial jeglicher Raumeinfluss negativ ist.
Die Grenze für die Nachhallzeit bestimmt lediglich das Wohlbefinden. Wenn 0,2sek Nachhallzeit als angenehm empfunden werden (was meistens auch der Fall ist), dann sollten diese auch realisiert werden, insofern es möglich ist.

Es gelten die gleichen Grundsätze wie bei Stereo, nur das die Betrachtungen, die bei Stereo lediglich für vorne gegolten haben, nun auch für hinten beachtet werden müssen. Man muss also für jeden Lautsprecher im Surroundsystem die Spiegelstellen an den Begrenzungsflächen finden und mit Absorbern verkleiden. Im Endeffekt läuft das bei einem 7.1 System auf eine vollflächigen Verkleidung heraus. Dies wäre das Optimum, aber es reicht auch aus, wenn man im vorderen Bereich die wichtigen Stellen und hinten nur ein paar bedämpft, um bereits sehr hochwertige Ergebnisse zu erreichen.

Wichtig ist immer, dass die Nachhallzeit einigermaßen linear gehalten wird, es ist also kontraproduktiv, wenn man Absorber einsetzt, deren Wirkfrequenz über 1000Hz liegt (Beispielsweise bei 6cm Noppenschaumstoff an der Wand), denn dadurch ist die Dämpfung hörbar ungleichmäßig und es klingt auch sehr unausgewogen.


Da man durch alleiniges Hören nicht herausfinden kann, ob die Nachhallzeit stimmt, ist es unumgänglich für eine ausgewogene und hochwertige Akustik entweder selbst zu messen, oder einen Akustiker zu Rate zu ziehen.


Nachhallzeit im Raum messen

Selber messen ist aber nicht so schwer, wie es klingen mag. Es wird folgendes Equipment benötigt:
-   Ein PC mit Soundkarte
-   Ein Messmikrofon
-   Messsoftware.

Als Messmikrofon ist das Behringer ECM8000 sehr weit verbreitet und auch beliebt, da es im Durchschnitt sehr geringe Abweichungen im Frequenzgang hat.
Da dieses Mikrofon eine 48V Phantomspannung benötigt, braucht man einen Mikrofoneingang, der diese bereitstellen kann. Bei den meisten Soundkarten ist dies nicht der Fall. Deswegen würde man (wenn man kein Mischpult oder Mic-PreAmp hat) eine Soundkarte wie die Alesis io|2 benötigen, mit der solche Messungen möglich sind.
Als Software hat sich AudioNet Carma 2.2 (oder aktueller) etabliert.

Wenn man in der Software ist, klickt man in der Iconleiste auf „Record“, aktiviert mit „Stimulus on/off“ den Testton und verändert dann die Lautstärke solange, bis der Balken einen Ausschlag von min. 50% zeigt (maximal 90%). Sobald das geschehen ist, deaktiviert man den Testton und klickt dann auf „Record“. Es wird nun eine Messung durchgeführt, nach der automatisch das Ergebnis angezeigt wird. Im Fenster sieht man nun den Frequenzgang, den man an der Stelle, wo das Mikrofon platziert ist, hat.
Um nun die Nachhallzeit zu sehen, klickt man auf „Waterfall“ und in dem Fenster stellt man statt der -40dB, -60dB ein und klickt dann auf „Calculate“. Nun wird die Abklingzeit vom Raum dargestellt. Von links nach rechts in der Frequenzbereich von 20Hz bis 20kHz zu sehen, und von hinten nach vorn sieht man den Pegel des Signals, wie es abklingt. Je schneller die Kurve im Boden verschwunden ist, desto besser ist es.
In dieser Kurve sollte, wenn möglich, ab 200Hz aufwärts kein großer Unterschied vorhanden sein. Wenn möglich sollten in dem Bereich die Kurven in einem Rahmen von +-0,05sek im Boden verschwunden sein.
Unterhalb von 200Hz darf es um bis zu 0,3sek ansteigen zu 20Hz herunter.

Sollte all dies nicht der Fall sein, sollte man versuchen, die Absorptionsmaßnahmen in diesem Frequenzbereich zu verstärken.
Um die notwendigen Stellen im Raum zu ermitteln, kann man das Messmikro auch an anderen Stellen im Raum aufstellen, um herauszufinden, ob an der Stelle ein bestimmter Frequenzbereich länger ausklingt. Wenn dies der Fall ist, dann sollte an dieser Stelle verstärkt im betreffenden Frequenzbereich absorbiert werden.





Ich hoffe ich konnte hier einigermaßen verständlich die akustische Gestaltung näher bringen.
Wenn es Verbesserungen und Änderungsvorschläge gibt, bin ich gerne offen und würde diese hier auch einarbeiten.