Hören

Unser Hörraum (alt)


So wichtig und hilfreich ein reflexionsarmer Messraum für die Lautsprecherentwicklung auch ist: die Feinabstimmung findet immer im Hörraum statt. Nur im Hörraum kann man beurteilen, wie sehr es einer Lautsprecherbox gelingt eine räumliche Illusion zu erzeugen. Auf der einen Seite sollte so ein Hörraum möglichst ideale Abhörbedingungen bieten:

  • eine gleichmäßige Verteilung der stehenden Wellen
  • eine geringe, möglichst frequenzunabhängige Nachhallzeit
  • eine hohe Diffusität -> keine Flatterechos
  • keine energiereichen, frühen Reflexionen
  • etc.

 

Raummoden

Auf der anderen Seite sollte er auch nicht zu weit entfernt von einem "normalen" Hörraum sein. Schließlich sollen sich die von uns entwickelten Lautsprecherboxen bei unseren Abonnenten möglichst gut anhören. Unter den gegeben, räumlichen Verhältnissen (Unterzüge ca. alle 6.4 m) haben wir uns daher für einen Rechteckraum mit den Abmessungen 6.24 m x 4.36 m entschieden. Bei einer mittleren Raumhöhe von 2.58 m ergeben sich bei einer Schallgeschwindigkeit c von 340 m/s folgende Raummoden (nähere Infos dazu auch im Grundlagenartikel Raumakustik):

Fr = c [m/s] / 2 * Wurzel ( (i/Länge [m])² + (j/Breite [m])² + (k/Höhe [m])² )

Art 6.24m 4.36m 2.58m Frequenz
Axial 1 0 0 27.24
Axial 0 1 0 38.99
Tangential 1 1 0 47.57
Axial 2 0 0 54.49
Axial 0 0 1 65.89
Tangential 2 1 0 67.00
Tangential 1 0 1 71.30
Tangential 0 1 1 76.56
Axial 0 2 0 77.98
Schräg 1 1 1 81.27
Axial 3 0 0 81.73
Tangential 1 2 0 82.60
Tangential 2 0 1 85.50
Tangential 3 1 0 90.55
Schräg 2 1 1 93.97
Tangential 2 2 0 95.13
Tangential 0 2 1 102.09
Tangential 3 0 1 104.98
Schräg 1 2 1 105.66
Axial 4 0 0 108.97

Oberhalb von 1000 / Wurzel (Raumvolumen [m³]) = 242.4 Hz liegen die Resonanzen so dicht zusammen, dass keine einzelnen ausgeprägten Resonanzen mehr auftreten.

Am "kritischsten" sind in der Regel die axialen Moden, da sich diese "flächig" zwischen 2 parallelen Wänden ausbilden und dies auch z.B. ein einzelner Schrank kaum unterbinden kann. Tangentiale oder schräge Moden reagieren sensibler auf "Hindernisse", da sie nur an ganz bestimmten Stellen zwischen die Wände passen. Wenn man genau dort ein Hindernis platziert kann die tangentiale oder schräge Mode effektiv gestört werden.

Wie sieht denn nun so eine axiale Mode aus? In einem "normalen" Raum bildet sich bei einer bestimmten Frequenz nicht nur eine Mode aus, sondern die benachbarten Moden (auch in anderen Richtungen) beeinflussen mit ihren "Ausläufern" das Geschehen mit. Es kommt auch darauf an, wo die Schallquelle positioniert ist. Im folgenden gibt es zwei Simulationen des Schallfeldes mit dem Programm (AKUSTIKA), das kostenlos downgeloaded werden kann. Bei einem Raum mit einer Raumbreite von X = 8.0 m, einer Raumtiefe von Y = 4.0 m und einer Raumhöhe von Z = 2.0 m kann man die axiale Mode der Raumbreite bei ca. 21 Hz in ihrer ganzen "Schönheit" bewundern!

Hinweise: Der Lautsprecher (rotes Quadrat) wurde jeweils in 1.0 m Höhe platziert Bei dieser Höhe wurde auch die Schalldruckpegelverteilung berechnet Für die Farbgebung gilt: je dunkler desto laut! Als Reflexionsfaktor wurde jeweils 0.9 angenommen (das entspricht einem Absorptionsgrad von 1-0.9²=19 %) Die Rechentiefe betrug m = 3 Der Koordinatenursprung X = 0.0 m und Y= 0.0 m befindet sich jeweils oben links im Bild.

Quelle bei X=0.05m, Y=2.00m, Z=1.00m; Schalldruck Min=+ 2dB, Max=+33dB, Avg=+19.5dB:

Quelle bei X=2.00m, Y=2.00m, Z=1.00m; Schalldruck Min=+ 0dB, Max=+40dB, Avg=+16.7dB:

Quelle bei X=2.00m, Y=0.05m, Z=1.00m; Schalldruck Min=-19dB, Max=+28dB, Avg=+16.8dB:

-> die "Form" der Mode scheint trotz unterschiedlicher Platzierung der Schallquelle weitgehend konstant zu bleiben!

Was passiert aber, wenn ich die Schallquelle genau im Minimum (= "Schalldruckknoten") bei X=4.0m platziere?

Quelle bei X=4.00m, Y=2.00m, Z=1.00m; Schalldruck Min=-14dB, Max=+39dB, Avg=+ 5.4dB:

-> Uups! Was ist das denn? Eine Supernova?

Und wie sieht es "knapp daneben" aus (5% vom Abstand der Maxima)?

Quelle bei X=3.60m, Y=2.00m, Z=1.00m; Schalldruck Min=-23dB, Max=+39dB, Avg=+ 5.9dB:

-> welches Schallfeld sich ausbildet hängt also stark von der Platzierung der Schallquelle ab!

 


 

Aufstellungsvarianten

So, nun aber zurück zu unserem Hörraum. Im Prinzip gibt es 2 Aufstellungsmöglichkeiten:

Die "breite" Variante:

-> das sieht gar nicht gut aus: Peaks bei 40 und 120 Hz sowie Einbrüche bei 50 und 96 Hz!

Die "schmale" Variante:

-> das sieht bis auf die schmalen Peaks bei 55, 80 und 95 Hz ziemlich ausgewogen aus! Allerdings ist unter 50 Hz nicht mehr viel los . . .

Neben dem reinen Frequenzgang ist natürlich auch die Fähigkeit wichtig eine räumliche Illusion entstehen zu lassen. Dabei ist die breite Aufstellung prinzipiell im Vorteil, da es keine energiereiche Reflexion der benachbarten Seitenwände gibt. Außerdem muss erschwerend berücksichtigt werden, dass bei uns ja nicht nur eine Person optimal sitzen soll sondern möglichst bis zu 6 Personen (2 Reihen à 3 Stühle)! Ach ja, und schön wäre es auch, wenn mehr als ein Paar Boxen gleichzeitig optimal aufgestellt werden könnte. Sonst noch Wünsche?

 

Analyse der "breiten" Variante:

Bei der "breiten" Variante ist der Peak bei 39 Hz durch die axiale Mode in Y-Richtung zu erklären. Eine Reduktion würde sich durch einen höheren Wandabstand der Lautsprecher ergeben sowie durch einen geringeren Hörabstand -> Hörpositionen direkt vor der Rückwand sollten vermieden werden!
Der Einbruch bei ca. 48 Hz ist durch die "tangentiale" Mode in X-Y-Richtung bedingt. Diese wird maximal in den Raumecken angeregt und führt in der Raummitte zu einem Minimum. Eine Reduktion der Anregung (und damit ein Ansteigen des Schalldruckpegels in der Raummitte) wäre durch "Zusammenrücken" der Lautsprecher zu erreichen, damit sie mehr aus der Ecke herauskommen.
Bei 55 Hz würde man eigentlich bei einer Hörposition in der Mitte der X-Richtung einen Peak erwarten. Allerdings wird die 2. axiale Mode in X-Richtung bei 55 Hz etwa im "Knoten" (bei X = 1.56 bzw. 4.68 m) angeregt. Hier kann man durch leichtes seitliches Verschieben den Pegel stark beeinflussen.
Bei 78 Hz ergibt sich die 2. axiale Mode in Y-Richtung, wodurch es in der Raummitte zu einem Peak kommt. Eine Reduktion kann durch einen höheren Wandabstand (minimale Ausprägung bei 1.09m) der Lautsprecher oder durch Veränderung des Hörabstands erreicht werden.
Bei 95 Hz ergibt sich eine tangentiale Mode in X-Y-Richtung, die aber auch durch die "schräge" Mode bei etwa 94 Hz überlagert ist. Diese Moden dürften durch die Möblierung bereits entkräftet werden.


Analyse der "schmalen" Variante:

Bei der "schmalen" Variante ist der geringe Pegel unterhalb von 50 Hz dadurch bedingt, dass der Hörer in Y-Richtung nahe der Raummitte sitzt und damit im "Knoten" für die axiale 39 Hz Mode. Bei seitlich daneben sitzenden Hörern (ca. 60 cm) ist der Anteil der rechten und linken Box generell sehr unterschiedlich was immer dann schlecht ist, wenn der Bass - aus Versehen - mal nur aus einer Box kommt (z.B. Oscar Peterson).
Die Überhöhung bei 55 Hz korrespondiert mit der axialen Mode in X-Richtung. Bei einem Stereodreieck mit einer Basisbreite von 2.5 bis 3.0 m ist das aber nun mal die "notwendige" Position. Auch hier hören davor oder dahinter sitzende Personen etwas Anderes. Außerdem kommen 55 Hz recht häufig in der Musik vor und die meisten Boxen geben 55 Hz mit fast vollem Pegel wieder -> durch eine geringere Anregung ist das Problem auch nicht zu entschärfen.
Die Überhöhung bei 80 Hz wird durch eine Überlagerung von 4 Moden (78.0 bis 82.6 Hz) erzeugt, nur eine davon ist eine axiale Mode. Das ist schon eine ziemlich komplexe Situation, da ist eine grobe Abschätzung der Effekte schwierig.
Die Ursache für die Überhöhung bei etwa 95 Hz ist eine "schräge" Mode bei etwa 94 Hz und eine "tangentiale" Mode bei etwa 95 Hz. Auch hier ist eine grobe Abschätzung der Effekte schwierig.

 


 

Die Lösung

Generell sind schmalbandige Einbrüche unkritischer als schmalbandige Überhöhungen. Daher haben wir uns erst mal mit der "breiten" Variante beschäftigt und versucht, durch Ändern der Basisbreite und der Hörentfernung ein zufrieden stellendes Ergebnis zu finden:


-> na, das sieht doch schon besser aus!

OK, oberhalb von von 100 Hz ist es ganz schön hügelig, aber dort dürfte durch die Möblierung so langsam die Grenze der Modellierung mit so einem einfachen Tool wie AKUSTIKA erreicht sein . . .

Das gilt auch für unsere "Geheimwaffe", die Rigipswände! Von den einen gehasst (weil man hört was im Nachbarraum los ist) haben sie in unserem Fall auch unbestreitbare Vorteile:

  • sie sind akustisch transparent -> für den Senderaum stellen sie einen Absorber dar
  • sie absorbieren je nach Plattendicke und Abstand des Ständerwerks bei verschiedenen Frequenzen -> durch Variation dieser Parameter lässt sich eine breitbandigere Absorption erreichen
Die beiden "langen" Wände wurde daher unterschiedlich ausgeführt um diesen Effekt zu nutzen. Da die genauen Resonanzfrequenzen nicht bekannt sind kann der Effekt selbst in CARA nicht genau simuliert werden.

 


 

Nach Schall kommt Hall . . .

Die Anregung von Raummoden ist aber nur ein Teilaspekt der gesamten Raumakustik. Ein anderer ist die Halligkeit (siehe Raumakustik im Detail). Man kennt das oft in Rohbauten: da kann man sich vor lauter Hall kaum verständigen. Auch "modern" gestaltete Wohnungen mit Fliesen- oder Parkettboden, spärlicher Möblierung und großzügigen Fensterflächen klingen oft mehr nach Schwimmbad denn nach "Wohnzimmer".

Die "Halligkeit" eines Raumes kann durch eine Messung der Nachhallzeit erfasst werden. Wir hatten ja schon während der Umbauphase ein ungutes Gefühl, was durch die Messung des "nackten" Raumes leider bestätigt wurde:

 Klatschen im leeren Hörraum (MP3, 53 kB)

Klatschen im Hörraum mit Teppich (MP3, 40 kB)

 

Durch einen besonders "dicken" Teppichboden (immerhin ca. 27 m²) konnten wir die Situation zwar schon deutlich positiv beeinflussen, allerdings war die Nachhallzeit noch lange nicht da, wo sie hingehört (CARAmax bzw CARAmin):

Hinweis: Unterhalb von 200 Hz wird durch das Klatschen nur sehr wenig Energie eingeleitet, so dass die Messung der Nachhallzeit ungenau wird!

Im Folgenden wurde dann die Anlage aufgebaut (Regal 160 x 40 cm, 80cm hoch), ein Bücherregal (145 x 145 cm, 35 cm tief) und ein CD-Regal (50 x 160 cm, 15cm tief) aufgestellt sowie ein Lichtsystem montiert. Als Schallanregung fungierten diesmal die VeraTwo, die entsprechend der optimierten Anordnung aufgestellt waren. Das Mikrofon befand sich in 120 cm Höhe (damit es nicht zu nah am Sofa bzw. den Stühlen steht) und ca. 100 cm von der "Rückwand" entfernt:

Die folgenden Zustände wurden mit Lautsprecheranregung vermessen (Beide an / Pause / Links an / Pause / Rechts an / Pause ; jeweils 1 sec.):

Zustand Beschreibung MP3-File
Z03 Hörraum mit Anlage und Regalen (66 kB)
Z04 wie Z03, aber mit Sofa 3-sitzer(64 kB)
Z05 wie Z03, aber 6 Stühle (67 kB)
Z06 wie Z05, aber Vorhang 2.5 x 2.5 m Rückwand (65 kB)
Z07 wie Z06, aber 2 Absorber quer (2.0 x 0.625m, 14cm tief) (64 kB)
Z08 wie Z06, aber 2 Absorber flach (2.0 x 0.625m, 14cm tief) (64 kB)
Z09 wie Z08, aber 4x ELTAX400 an Rückwand (61 kB)

Die berechneten Nachhallzeiten sind in den folgenden Diagrammen ersichtlich:

die Messung mit Klatsch- bzw. Lautsprecheranregung (+Regale etc.) sieht < 500 Hz deutlich anders aus! das Sofa (Z04) bringt eine breitbandige Verringerung der Nachhallzeit

die Stühle (Z05) sind ähnlich gut wie das Sofa (Z04) außer von 100 bis 200 Hz und 400 bis 500 Hz der Vorhang wirkt etwas bei 315 Hz und sehr gut oberhalb von 630 Hz

die Absorber wirken sehr gut zwischen 100 und 315 Hz, wobei die Ausrichtung nicht kritisch ist der Effekt der 4 ELTAX 400 Boxen (je 2 x 20cm Bass) ist kaum messbar

Um die Kombination von verschiedenen Einzelmaßnahmen zu simulieren (die in dieser Kombination nicht gemessen wurden) muss man statt der Nachhallzeit die äquivalente Absorptionsfläche betrachten. Es gilt:

Nachhallzeit T60 [s] = 0.163 · Volumen V [m³] / Absorptionsfläche A [m²]

Wenn man 2 verschiedene Zustände (z.B. a und b) gemessen hat ist die Änderung der äquivalenten Absorptionsfläche:

Ab - Aa = 0.163 · V · (1/T60b - 1/T60a)

Damit ergeben sich die folgenden äquivalenten Absorptionsflächen für die Einzelmaßnahmen:

generell sieht man die Effekte klarer (z.B. Unterschied Sofa / Stühle und Absorber flach / quer) man kann einfacher die effektivste Maßnahme für einen bestimmten Frequenzbereich finden

 


 

Und die Moral von der G'schicht?

Die Sache mit der Nachhallzeitmessung mit WaveT60 (dieses Programm wird allen Abonnenten des Online-Magazins zur Verfügung gestellt) funktioniert einfach, schnell und gut und die Ergebnisse haben uns dabei geholfen, die Akustik unseres Hörraums zu verstehen und daraufhin zielgerichtet zu optimieren.

Allerdings sind wir noch lange nicht am Ziel angekommen! Als nächstes nehmen wir uns die Decke vor ("schönster" Beton :-( ), experimentieren mit Diffusoren und dann suchen wir noch ein schönes Plätzchen für zusätzliche Absorber.

Unsere "Geheimwaffe" (Rigipswände) hat wohl nicht so funktioniert wie erwartet: der Einbruch der Nachhallzeit bei 100 Hz ist möglicherweise auf die Resonanzfrequenz der Rigipswände zurückzuführen, die wir uns allerdings tiefer gewünscht hätten -> wir hätten die Wände evtl. beidseitig nur einfach verplanken (jetzt eine Seite einfach, die andere doppelt) und ggf. die dünnere Rigipsplatte (9.5mm statt jetzt 12.5mm) verwenden sollen. Na ja, nachher ist man immer schlauer.

Mittlerweile haben wir viel Erfahrung mit unserem Hörraum gesammelt und mit neuen Erkenntnissen den Raum 2007 vollkommen neu gestaltet.

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