Raumakustik (Version vom 02.12.2000)

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Insbesondere im Bassbereich wird der Höreindruck am Hörplatz sehr stark durch die Raumrückwirkung (Wandreflexionen) beeinflusst.
In jedem Raum mit parallelen Wänden gibt es bei bestimmten Frequenzen sogenannte 'stehende' Wellen, die aufgrund ihrer Wellenlänge 'gut' zwischen die parallelen Wände passen.

Für die Wellenlänge Lambda gilt:

Lambda = c/f
mit
c - Schallgeschwindigkeit der Luft, ca. 340 m/s bei 20C
f - Frequenz in Hz

Nach der Frequenz aufgelöst gilt:

f = c/Lambda

Wenn der Abstand der parallelen Wände gerade dem Vielfachen der halben Wellenlänge entspricht, dann passen die Wellenlängen 'gut' und es gibt 'stehende' Wellen, also eine Schalldruckerhöhung. Die Frequenz, bei der dies passiert nennt man auch Resonanzfrequenz oder Raummode.
Für eine Raumlänge von 5.00 m gilt dies z.B. für die Frequenzen mit den Wellenlängen 10.00 m, 5.00 m, 3.33 m, 2.50 m, 2.00 m etc., also für die Frequenzen 34.0 Hz, 68.0 Hz, 102.0 Hz, 136.0 Hz, 170.0 Hz etc..

Damit eine 'stehende' Welle wirklich angeregt werden kann, muss der Schalldruck in unmittelbarer Nähe der Wand oder im Abstand x*Lambda/2 von der Wand erzeugt werden.
Im Abstand (x+0.5)*Lambda/2 von der Wand lässt sich die 'stehende' Welle überhaupt nicht anregen.

Damit eine eventuell angeregte 'stehende' Welle wirklich als störend empfunden wird, muss sich der Empfänger ebenfalls an einer Stelle von erhöhtem Schalldruck befinden, also ebenfalls in unmittelbarer Nähe der Wand oder im Abstand x*Lambda/2 von der Wand entfernt.
Befindet sich der Empfänger im Abstand (x+0.5)*Lambda/2 von der Wand entfernt, dann wird eine ggf. tatsächlich angeregte 'stehende' Welle nicht wahrgenommen.

Eine ausgewogene Wahrnehmung ergibt sich, wenn man bei etwa (x+0.5)*Lambda/4 anregt und empfängt.

Für dieses Problem gibt es eine sehr einfache graphische Lösung:

  1. Man zeichnet die Abmessungen des Raumes (zunächst Länge und Breite) etwa maßstabsgerecht auf.
  2. Man malt die Wände mit einem dicken Filzstift nach. Das soll daran erinnern, dass bei einer Schallanregung an diesen Stellen 'stehende' Wellen besonders gut angeregt werden können.
  3. Zunächst halbiert man z.B. die Länge und malt diese Halbierende wieder mit einem dicken Filzstift nach (richtig: auch hier kann eine 'stehende' Welle gut angeregt werden, und zwar bei der doppelten Frequenz)
  4. Danach drittelt, viertelt, fünftelt etc. man z.B. die Gesamtlänge solange (und malt alle X-tel-Linien wieder mit einem dicken Filzstift nach), bis der Abstand von 2 beliebigen X-tel Linien nur noch etwa 30 cm beträgt.
  5. Dasselbe wird nun für die Breite gemacht. Es ergibt sich für die Aufsicht des Raumes ein Netzwerk aus dicken Linien.
  6. Dasselbe wird nun für die Seitenansicht des Raumes gemacht. Auch hier ergibt sich ein Netzwerk von Linien.
  7. An jeder dieser Linien kann man eine 'stehende' Welle besonders gut anregen. Zu jeder dieser Linien gehört eine Resonanzfrequenz, die man ausrechnen und and die Linie schreiben sollte.
  8. Die 'Kunst' der Wahl von Quell- und Empfangsposition ist es nun:

Zur Berechnung der Wiedergabeeigenschaften eines Rechteckraumes in Abhängigkeit von den Lautsprecher- und Hörpositionen verwende ich das Programm AKUSTIKA V6.0, das leider nicht mehr von CONRAD Elektronik vertrieben wird.

Alternativ kann ein sehr schneller JAVA-Calculator verwendet werden, der neben dem Frequenzgang im Raum auch die Nachhallzeit berechnet, wobei auch der Einfluss von Absorberelementen berücksichtigt werden kann (JAVA muss vor dem Start des Browsers aktiviert sein; bei mir klappte es nur mit dem Netscape Navigator). Sehr schön ist, dass der Frequenzgang neu berechnet wird, sobald die Lautsprecher- oder Hörposition geändert wird. So kann man spielerisch ein Gefühl für die Zusammenhänge erlangen. Die hohe Geschwindigkeit legt nahe, dass nicht allzu viele Spiegelquellen berücksichtigt werden.

Die meisten Leute hören jedoch nicht in unmöblierten Rechteckräumen, deren einzelne Flächen (Boden, Decke, Wände) ein über der Fläche und der Frequenz gleichmäßiges Absorptionsverhalten haben. Daher können die Ergebnisse eines solchen Simulationsprogramms nur eine Näherung der wirklichen Verhältnisse darstellen (wer viel Geduld und einen sehr schnellen Prozessor hat, der kann es in solchen Fällen mit CARA versuchen).
Darüber hinaus muss auch zwischen der Wiedergabe quasistationärer tiefer Frequenzen (z.B. Orgel oder gestrichener Bass) und impulsförmiger Signale mit tieffrequenten Anteilen (z.B. Bass-Drum oder gezupfter Bass) unterschieden werden. Im 1. Fall können sich Raumresonanzen sehr stark bemerkbar machen, im 2. Fall schwingt das Resonanzsystem Raum kaum ein.

Ich verwende entweder das Programm SB_OCT, um die aktuellen Resonanzfrequenzen mit rosa Rauschen zu messen (spiegelt eher die impulsförmige Anregung wieder) oder das Programm SINUSGEN, um einzelne Resonanzfrequenzen anzufahren und mir einen Eindruck von der räumlichen Verteilung des Schalldruckpegels zu machen (schlimmster Fall von stationärer Anregung).
Beide Programme sind auf der Download-Seite beschrieben und können dort heruntergeladen werden.