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3. Rauminteraktion

Lautsprecher > Hifi-Lautsprecher

Der Lautsprecher spricht - der Raum antwortet. Diese Wechselbeziehung macht den eigentlichen Klang einer Hifi-Anlage aus. Um die Interaktion zu verstehen, muss man drei Eigenheiten dieses Vorgangs betrachten.

  • Wie hört das Ohr den direkten und den Reflexionsschall?

  • Wie regt der Lautsprecher den Raum an?

  • Wie reagiert der Raum auf diese Anregung?


Nachfolgend soll näher auf das Wechselspiel eingegangen werden.

Grundlagen der Akustik

Die Schallverteilung in einem Raum kann wie folgt unterschieden werde. In den Direktschall, die diskreten Reflexionen und der Diffusschall. Jede Art von Schall beeinflusst das Hörerlebnis auf seine Weise.



Abbildung 1: Schallverteilung im Raum


Der Direktschall bzw. die erste Wellenfront wird direkt vom Lautsprecher auf die Hörer abgestrahlt. In Abbildung 1 ist dieser Schallanteil in blau dargestellt. Die Diskreten Reflexionen sind die Reflexionen von den Wänden welche direkt nach der ersten Wellenfront den Hörer erreichen. Ist der zeitliche Unterschied zwischen den ersten Reflexionen und der ersten Wellenfront zu klein, kann das Ohr diese nicht sauber trennen. Das Ergebnis ist eine Bühnenabbildung des Lautsprechers welche mehr vom Raum als von der auf dem Tonträger gespeicherten Musik abhängt. Abhilfe gegen die ersten Reflexionen schaffen stark bündelnde Lautsprecher und gezielt angebrachte Absorber.

Stellt man sich vor, man würde in einem verspiegelten Raum hören, wäre die korrekte Position der Absorber an den Stellen, wo man die Spiegelbilder der Lautsprecher an den Wänden sehen würde. Gleiches gilt für Decken und Böden - der Reflektionsschall der Seitenwände ist für das Gehör jedoch dominant. Siehe dazu Abbildung 2.



Abbildung 2: Absorberpositionierung zur Unterdrückung der Early Reflections

Es gibt mehrere Möglichkeiten Absorber optisch in den Wohnraum zu optimieren. In der nachfolgenden Abbildung wird eine optisch wohzimmertaugliche Variante dargestellt. Man beachte zusätzlich die bewusst freie Aufstellung der Lautsprecher mit mehr als einem Meter Abstand zu den benachbarten Wänden.



Abbildung 3: Absorberpositionierung auf einem Messestand


Der Diffusschall wurde meist mehrfach reflektiert, bevor er den Hörer erreicht. Dieser Schallanteil ist durch mehrache Reflexionen, Beugungen, etc. sehr diffus und kann meist nur stochastisch (durch Warscheinlichkeitsrechnung) beschrieben werden. Der Fachmann spricht von einem unkorreliertem Hallfeld. Das Ohr kann den Diffuschall von der ersten Wellenfront trennen und nutzt diese Schallanteile nicht zur Ortung der Schallereignisse - kann also die Bühnenabbildung nur eingeschränkt beeinträchtigen. Allerdings beeinflusst der Diffuschall die Klangfarbe. In der Regel strahlt ein Lautsprecher weniger Hochtonanteile als Grundton in den Raum - und zusätzlich werden hohe Frequenzen in normalen Räumen stärker gedämpft. Dementsprechend ist der gehörte Schall meist grundtonlastig verfärbt. Abhilfte schafft hier ein gleichmäßig abstrahlender Lautsprecher und ein gleichmäßig dämpfender Raum. Beides ist in der Umsetzung schwierig.

Betrachtet man das Reflexionsverhalten eines üblichen Raumes in Form einer Impulsantwort kann man ein Muster erkennen.


Abbildung 4: Beispielhafte ETC

Zuerst kommt die erste Wellenfront, bis zu 15ms später kommen die Early Reflections - anschließend der unkorrelierte Diffusschall. Die Kurve ist als Energy Time Curve (ETC) bekannt.

Der Diffusschall wird in der ETC-Kurve oft mit dem RT60 Wert bewertet. Dieser gibt an, wie lange es dauert, bis die Reflexionen um 60dB schwächer geworden ist. Zielwerte für die Nachhallzeit liegen zwischen den Grenzen von zu hallig (über ca. 0,5 Sekunden) und zu trocken (unter 0,2 Sekunden) für Frequenzen zwischen 200Hz bis 8kHz - der Idealwert hängt von der Raumgröße ab und sollte ein natürliches Raumempfinden ermöglichen. Der Wert hat einen starken Einfluss auf den Höreindruck und hängt stark vom Abstrahlverhalten des Lautsprechers ab.

Klangfarbenneutralität und Phantomschallabbildung

Die Abbildung von Lautsprechern beruht in der Theorie auf zwei wesentlichen Punkten: Auf der Klangfarbenneutralität und der Phantomschallquellenabbildung.

Die Phantomschallquelle ist  ein Begriff aus der Stereofonie und ist keine reale Schallquelle. Sie kommt als Hörereignisort
als Folge von wenigstens zwei Lokalisationsreizen, den realen Schallquellen in Form der Lautsprecher, zustande. Eine hochwertige Wiedergabe definiert sich durch möglichst kleine und scharfe Phantomschallquellen. Bei klassischen Orchesteraufnahmen, bei denen ein komplettes Orchester aufgenommen wurde, sind die Hallanteile und der Direktschall der Instrumente auf dem Datenträger vorhanden. Kann der Lautsprecher diese Informationen unverfällscht darstellen kann er die ursprüngliche Bühne im Hörraum der verwendeten Hifi-Anlage abbilden.

Abbildung 3 verdeutlicht das Grundprinzip der Stereofonie: Die Aufname in einem Raum mit dem gewünschten Klangeindruck und die Wiedergabe im einem reflektionsarmen Raum. Die Schallquelle wird im Idealfall so zwischen den Lautsprechern geortet wie die Schallquelle vor den Mikrophonen bei der Aufname angeordnet war.


Abbildung 5: Stereofonie zur Rekonstruktion einer Schallquelle


Üblicherweise werden zur Aufname spezielle Räume gewählt. Bei Klassik sind das in der Regel die besten Plätze in Konzertsälen, bei Popmusik werden die Instrumente/Stimmen meist separat in besonderen Räumen aufgenommen. Einige Rockbands favorisieren Garagen für das Schlagzeug für einen besonders "dreckigen" Sound, einige Stimmaufnahmen werden in Gewächshäusern wegen des besonderen Nachhalls aufgenommen. Bei Popmusik werden die aufgenommenen Instrumente/Stimmen anschließend zusammengemischt und im Stereopanorame wie "Hüner auf einer Stange" plaziert, die Aufnamen werden daher teilweise als Mono-Hühner bezeichnet. Um die künstlerischen Aspekte der Band bzw. der Tontechniker einer Aufname wirklich zu verstehen, muss der Hallraum der Orginalaufname im Wiedergaberaum reproduziert werden. Surroundanlagen mit hochwertig aufgenommenen Mehrkanalaufnamen gelingt dies deutlich besser als Stereonlagen.

Vergleicht man die Bilder wird das grundlegende Problem der Bühnenabbildung verständlich. Dominieren im Klangbild die Informationen des Wiedergaberaums wird das vom Künstler gewollte Bühnenbild umgestaltet und durch den Raum vorgegeben.

Einige Tontechniker setzten bei Radioaufnahmen verstärkt auf Aufnahmen in schalltoten Räumen - die Bühnenabbildung bei der Wiedergabe in einem reflektionsdominanten Raum wird dann vollständig von diesem vorgegeben. Da Musik aus der Hitparade oft über miserabel aufgestellte Küchenradios gehört wird, ist der Ansatz nachvollziehbar. Die entsprechenden Aufnamen können in reflektionsarmen Räumen etwas blutleer klingen.

Die unverfälsche Darstellung der Phantomschallquellen ist nicht einfach. Der zeitliche Unterschied in dem die ersten diskrete Early Reflection nach dem Direktschall beim Hörer eintrifft wird als
Initial Time Delay Gap (ITDG) bezeichnet. Der Schall pflanzt sich in der Luft mit einer Geschwindigkeit von umgerechnet 1 Meter pro 3 Millisekunden fort. Steht der Lautsprecher ein Meter vor der Rückwand trifft die zugehörige Early Reflection dank Hin und Rückweg etwa 6 Millisekunden nach dem Direktschall ein. Steht der Lautsprecher nah an den Seitenwänden kommen diese Schallanteile noch früher an.


Die zeitliche Lokalisationsschärfe des Ohrs liegt bei 4-5 Millisekunden. Alles was in dieser Zeit kommt, wird vom Ohr als ein einziges Schallereignis interpretiert - das Ohr hört den Lautsprecher im Raum, nicht den Tonträger. Die Schallanteile bis zu 15 Millisekunden nach der ersten Schallfront beeinflussen die Ortung des Ohrs massiv.

Die Funktionen des Ohrs sind auf Basis von Millionen Jahren Evolution entstanden. In den Zeitaltern, in dem die Definition von Jäger und Beute nicht klar definiert war, war es für unsere Ahnen von Vorteil, in Räumen aus den Schallanteilen eine Quelle im Raum orten zu können und aus den Reflexionen direkt eine realistische Einschützung über die Raumgröße abzuschätzen.

Bei Phantomschallquellenabbildung soll jedoch gerade NICHT der Lautsprecher im Raum geortet werden - sondern die Informationen auf dem Tonträger. Die Stereofonie ist aus diesem Blickwinkel betrachtet eine falsche Darstellung von Schallinformationen.

Eine Möglichkeit das Problem zu beheben besteht darin, die Lautsprecher weit weg von allen Seitenwänden aufzustellen. Bei Wenn die diskreten Reflektionen erst nach 15 Millisekunden beim Hörer eintreffen sollen, sind das bei 1 Meter pro 3 Millisekunden Schallgeschwindigkeit etwa 5 Meter Laufweg für Hin- und Rückweg. Die wenigsten Räume verfügen über die nötigen Abmaße.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Schallabsorbern gemäß der bereits gezeigten Abbildung 2. Um die Phantomquellen unverändert darzustellen schlägt die "
Empfehlung für die Praxis SSF–01.1/2002, Hörbedingungen und Wiedergabeanordnungen für Mehrkanal-Stereofonie" von VDT, IRT und SRT(Quelle: http://www.tonmeister.de/foren/surround/texte/SSF_01_1_2002_v2.PDF) vor die Early Reflections bis zu 15 Millisekunden nach dem Direktschall um 10dB bezogen auf den Direktschall abzudämpfen. Andere Empfehlungen sprechen von mindestens 20dB.

Interaurale Laufzeiten, sprich Laufzeitdifferenzen die zwischen beiden Ohren auftreten, können vom Gehör deutlich genauer aufgelöst werden, die Grenze liegt hier bei etwa 0,04 Millisekunden.

Wird die Problematik der Early Reflexions durch frei aufgestellte Lautsprecher in entsprechend große Wohnungen gelöst muss ein weiterer Effekt betrachtet werden: die Reflexionen überlagern sich mit dem Direktschall. Bei dieses Überlagerung kann es zu Überlagerungen und Auschlöschungen kommen - der Fachteriminus hierzu heißt: Kammfiltereffekte. Um die Kammfiltereffekte zu reduzieren sollte die Early Reflections diffus reflektiert werden. Eine Möglichkeit hierzu ist z.B. ein gezielt aufgestelltes Bücherregal, bei dem die Bücher ungleichmäßig angeordnet werden.

Einige Firmen haben sich darauf spezialisiert diffundierende und/oder absorbierende Akustikelemente für Wohnräume herzustellen. Diese können in diversen dekorativen Farben oder Holztönen bestellt werden - siehe dazu Abbildung 4.



Abbildung 6: Akustikelemente der Firma Vicoustic, Vertrieb über die Hörzone


Um die Early Reflections von der Rückwand zu verhindern, werden die Hauptregielautsprecher in professionellen Tonstudios meist direkt in die Rückwand eingebaut. Durch die extrem breite "Schallwand" kann es nicht zu Kurzzeitreflexionen kommen. Eine abgeschwächte Möglichkeit deren Umsetzung auch in Mietwohnungen möglich ist, ist die Verwendung von flachen und breiten Lautsprechern welche direkt vor die Wand gestellt werden.
Eine weitere Möglichkeit bei Standlautsprechern besteht darin, diese bündig abschließend zwischen Schränken/Regalen aufzustellen.

Moderne Lautsprecher - wobei an dieser Stelle mehr das Design als die Technik gemeint ist - sind meist sehr tief und dafür schmal, oft werden die Tieftöner aus Platzgründen seitlich eingebaut. Einige Lautsprecher werden auch in Form von dünnen Säulen konstruiert. Diese Lautsprecher sollten möglichst frei aufgestellt werden, in Wandnähe versumpft das Klangbild durch die Kurzzeitreflexionen.

Der Lautsprecherhersteller muss natürlich nicht völlig hilflos zuschauen, wie die Raumakustik all seine Bemühungen zunichte macht, eine gute Phantomschallquellenabbildung zu erreichen. Durch ein stark gebündeltes Abstrahlverhalten kann er die Abhängikeit des Klangbilds von der Akustik verringern.

Lautsprecher welche eine höhere Schallwandbreite haben als 50cm strahlen den Mittelhochton nicht mehr nach hinten sondern ausschließlich nach vorne ab. Egal ob wandnahe oder freieAufstellung, die Early Reflections der Rückwand können das Klangbild nur eingeschränkt beeinflussen. Zusätzlich kann durch große Lautsprecherchasssis eine stärkere Bündelung erzielt werden.

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