Abbildungen 1-3
Wer sich keinen speziell gebauten Hörraum einrichten kann, sollte das beste grosse Zimmer auswählen und es soweit wie möglich optimieren, ohne dabei den Zweck des Wohnens allzusehr in den Hintergrund zu drängen, dass heisst, dass Einrichtungsgegenstände integriert werden.
Oberhalb 300 Hz verursachen stehende Wellen weniger wahrnehmbare Färbung,
weil der Diffushallanteil im Raum normalerweise überwiegt. Unterhalb
300Hz können lokale oder zusammentreffende Moden leicht wahrnehmbare
Verfärbungen verursachen.
Der Grad der Verfärbung wird durch die Verteilung aller stehenden
Wellen in diesem Raum bestimmt. Gleichmäßiger verteilte Moden
sind weit weniger problematisch als verdichtet auftretende Moden bei den
gleichen Frequenzen.
Es gibt drei Arten stehende Welle Moden, die in einem typischen quaderförmigen Hörraum existierenen. Diese sind axiale, tangentiale und diagonale Moden. Weil die axialen Modi normalerweise dominieren und am deutlichsten hörbar und am einfachsten zu verstehen sind, beschränkt sich diese Betrachtung darauf.
Zum Verständnis und Optimieren folgen grundsätzliche Betrachtungen.
Abbildungen 1-3
Abb.1 Grundwelle Modus (fo) zwischen zwei reflektierenden parallelen Wänden.Gleichung (2) zur Berechnnung von Frequenz fo.
Abb.2 erste harmonische Oberwelle Modus (2fo) zwischen zwei reflektierenden
parallelen Wänden.
Abb.3 zweite harmonische Oberwelle Modus (3fo) zwischen zwei reflektierenden
parallelen Wänden.
Der Begriff "erste Oberwelle" mag verwirrend erscheinen, wo doch die
doppelte Frequenz gemeint ist und als erste bezeichnet wird, genauso die
"zweite", die bei der dreifachen Frequenz auftritt. Die Grundwelle wird
nicht mitgezählt, deshalb numeriert sich n fo als "(n-1)-te
Oberwelle".
(1) fo=344 / 2L oder vereinfacht (2) fo=172 / L
Wo die Konstante 344 die Schallgeschwindigkeit in Meter pro Sekunde
darstellt; L ist der Abstand zwischen parallelen Wänden. Wenn Ihr
Raum rechteckig ist, treten stehende Wellen zwischen seitlichen Wänden,
vorderen und hinteren Wänden und zwischen Fußboden und Decke
auf. Der Faktor von 2 im Nenner von Gleichung (1) zeigt an, daß die
Grundresonanz auftritt, wenn der Abstand zwischen denWänden der halben
Wellenlänge des Tones entspricht. Moden treten auch bei den Harmonischen
der Grundresonanz auf, also bei zweifacher Grundfrequenz (2fo), dreifacher(3fo)
usw.
Um die Grundresonanz (und harmonische) Frequenzen für den
Raum festzustellen, gibt man einfach die Maße Ihres Raumes, in den
Füßen, in Gleichung (2) ein.
Beispiel: Berechnung Grundwellen in den drei axialen Richtungen für
einen Raum mit
8 m Länge x 4 m Breite x 2.50 m Höhe.
Zwischen Stirnseite/Rückwand: fo längs = 172/8 = 21.5 Hz
Zwischen seitlichen Wänden: fo seit = 172/4 = 43 Hz
Zwischen Boden und Decke: fo vertikal = 172/2.50 = 68.8Hz
In diesem Beispiel ist die Länge das zweifache der Raumbreite. Der Grundmodus den seitlichen Welle entspricht der ersten Harmonischen der Längswelle
fo seit = 2fo längs = 43Hz
Dieser Raum würde eine wahrnehmbare Verfärbung haben, bei 2 axialen Moden mit 43Hz, 86Hz, 172Hz...
Hätte der Raum die Form eines Würfels, träte die ungünstigste denkbare modale Verteilung auf, die Grundwelle UND alle Harmonischen von Resonanzen auf allen drei Achsen sind genau gleich. Der Frequenzgang dieses Raumes würde extrem unregelmässig und verfärbt sein.
Daraus folgt, daß ein Raum dann unproblematische Resonanzverteilung
ergibt, wenn die drei charakteristischen Maße nicht ganzzahlige Vielfachen
voneinander sind.
Reflexion: Die gesamte oder ein überwiegender Anteil der Schallenergie wird zurück in den Hörraum auf ein regelmäßige, vorhersagbare Art und Weise reflektiert. Schallwellen benehmen sich wie Lichtstrahlen oder eine Billiardkugel beim Auftreffen auf einen Spiegel oder eine reflektierende Wand. Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel !
Diffusion (Zerstäubung): Die gesamte oder ein überwiegender Anteil der Schallenergie wird zurück in den Hörraum auf ein unregelmäßige und zufällig verteilte Art und Weise reflektiert. Ein überwiegender Anteil der Energie wird zum Raum zurückgeschickt, aber er wird in allen Richtungen diffus zerstreut. Damit wird die Wellenstruktur zumindest teilweise aufgelöst.
Absorption: Das Gegenteil der Reflexion. Die gesamte oder ein
überwiegender Anteil der Schallenergie wird von der Oberfläche
oder Raumwand absorbiert, indem man die akustische Energie in mechanische
Energie umwandelt und dann sie als Wärme ableitet. Damit wird die
Wellenstruktur abgeschwächt.
Abb.4 Reflexion - Schallwellen
werden von einer harten Oberfläche gerichtet reflektiert.
Abb.5 Diffusion (Zerstäubung)
- Schallwellen werden in allen Richtungen reflektiert.
Abb.6 Absorption - die Schallenergie
wird in Wärme umgesetzt.
Im Allgemeinen hat ein guter Hörraum ein ausgewogenes Verhältnis dieser drei Eigenschaften, die ausreichend vorhanden sein müssen.
Es sind spezielle Produkte erhältlich, die jede einzelne dieser
akustischen Charaktere beinhalten.
Zumeist sind sie teuer und unwohnlich. Glücklicherweise haben
haushaltsübliche Einrichtungsgegenstände eine dieser genannten
Eigenschaften oder eine Kombination davon.
Mit ein bisschen Gefühl und Geschick kann man seinen Raum ästhetisch
anprechend und akustisch günstig einrichten, indem man bei Auswahl
und Platzierung von der Oberfläche eines Möbels ausgeht:
Glatt, plan und hart: Überwiegend Reflexion
Hart und rund: Überwiegend Diffusion
Weich, porös: Überwiegend Absorption
Man muss aber bedenken, dass die Grösse der Fläche einen grösseren
Einfluss hat, wenn die Frequenz hoch ist, anders ausgedrückt, die
Wellenlänge klein, die Fläche / Wölbung daran gemessen
genauso gross. Für eine Wirkung im Bassbereich sind grössere
Abmessungen erforderlich als im Mittel/Hochtonbereich.
Ausgehend von der Tatsache, dass die Moden ein raumbezogenes Problem
darstellen, also durch Massnahmen am Raum behandelt werden sollten,
ist erfahrungsgemäss eine geringere Anregung bei richtigem Wandabstand
zu erwarten.
Wenn ein Lautsprecher vor einer Wand steht, wird der Schall im Bassbereich
sich kugelförmig ausbreiten und von der benachbarten Wand wird die
Schallenergie reflektiert und fügt mit einem zeitlichen Versatz sich
mit dem Lautsprechersignal wieder zusammen. Beträgt der Abstand zur
Rückwand eine Viertel Wellenlänge, dann legt der rückwärtige
Schall insgesamt eine halbe Wellenlänge zurück. Dabei kommt
es mit dem Schall des Lautsprechers zur Auslöschung. Dasselbe betrifft
Boden, Decke und Seitenwände, hier kommt der Schall vom Hörer
gesehen aber seitlich reflektiert, was die Berechnung der Wegdifferenz
erschwert (mit den Winkelfunkionen aber möglich). Bodenbelag und Möbel
können hier mit Absorption und Diffusereffekt die Auswirkung mildern.
Stellt man Lautsprecher wandnäher auf, verlagert sich die Frequenzauslöschung
in höhere Frequenzbereiche. 25cm Abstand vom Chassis zur Rückwand
sind 50cm Wegdifferenz, die Auslöschung findet bei der halben Wellenlänge
statt (hier 50cm), dann ist die Wellenlänge 1 m, das Problem liegt
also bei 344 Hz. Ganzzahlige Vielfache der genannten Frequenz sind ebenfalls
betroffen.
Die Berechnung des Frequenzeinbruchs vor der Rückwand geht mit
der Formel : Kritische Frequenz = Schallgeschwindigkeit durch 4-fachen
Abstand in Meter gleich kritische Frequenz
f = 344 / (4 x Abstand)
vereinfacht:
f= 86 / Abstand
allgemein f= n x 86 / Abstand, wobei n für die ganzzahligen Vielfachen
(Harmonischen) steht.
Da die Einbrüche typisch bei 6dB bis 20 dB liegen, muß man
sie wirklich ernst nehmen.
Wäre der Lautsprecher 10cm flach und stünde direkt vor der Wand, verlagert sich das Problem zu 860 Hz, wo der Lautsprecher erfahrungsgemäss bereits stärker gebündelt abstrahlt.
Beträgt die untere Grenzfrequenz 35 Hz, und der Einbruch soll mit 30 Hz unterhalb des Übertragungsspektrums liegen, dann sind 2.87 m Abstand erforderlich. Es gibt aber Einbrüche bei 60Hz, 90Hz, 120 usw.
Der
Lautsprecher strahlt im Bass seinen Schall weitestgehend rundum ab, deshalb
spielen alle benachbarten Begrenzungen eine Rolle. Die Rückwand, Boden,
Seitenwand, Decke sind mir Reflexionen verbunden, die auf den Frequenzgang
Einfluß nehmen.
Der Lautsprecher kann konsequenterweiyse gegenüber den begrenzenden
Flächen mit solchen Abständen aufgestellt werden, daß diese
in einem harmonischen Verhältnis stehen. Nach dem Verhältnis
0.618 : 1 : 1.618 können alle Effekte (samt Harmonische) im Frequenzspektrum
gleichmässig verteilt werden.
Für die beste Stereo-Ortung ist ein größerer Seitenwandabstand
wünschenswert, in der Praxis über 1 Meter.
Beide Lautsprecher müssen gleiches Verhalten haben, damit sich
vor dem Hörer ein virtuelles Bild zusammensetzt. Für die Übertragung
der Rauminformation geht die Forderung bis in den höchsten Übertragungsbereich.
Eine akustische Symmetrie zur Längsachse des Raums ist sehr wünschenswert,
ein grösserer Seitenwandabstand in Kombination mit Diffusoren/Absorbern
an den seitlichen Reflexionsstellen kann deutliche Verbesserungen bringen.
Alle
Lautsprecher zeigen bei höheren Frequenzen ein ausgeprägteres
Bündelungsverhalten. Dabei bündelt der Tieftöner stärker
als der Hochtöner. Die Eigenschaften des kritischsten Chassis bestimmen
die Ausrichtung auf den Hörer. Pauschale Regeln wie Ohrhöhe auf
Hochtönerniveau sind so gesehen äusserst fragwürdig.
Wie weit der Lautsprecher nach innen gedreht werden muss, ist ein Kompromiss
zwischen Bündelungsverhalten des Mitteltöners bei Übergangsfrequenz
und Schallwandreflexionen an den Gehäusekanten, wobei die seitlich
abgestrahlte Schallenergie abhängig von Seitenwandreflexion ebenfalls
zum Hörer gelangt und miteinbezogen werden muss. Der Hörer kann
auf Letzteres mit seiner Einrichtung Einfluss nehmen, Chassisauswahl und
Gehäusedesign sind dagegen Herstellerangelegenheit.
Mit
der bei Chario als RXL benannten
Aufstellung strahlen die Lautsprecher derart nach innen, daß sich
ihre Achsen vor dem Hörer überkreuzen, die nächste Seitenwand
kaum direkt angestrahlt wird, stattdessen erreicht eher der Direktschallanteil
vom Lautsprecher den Hörer. Dann kommt der intensive Anteil von der
Achse, an der gegenüberliegenden Wand inzwischen zeitlich so verzögert
und abgeschwächt, daß er nur noch einen untergeordneten Anteil
im Gesamteindruck einnimmt.
Die Folge ist eine gute Ortung und eine gute tonale Ausgeglichenheit.
Bei Frequenzen bis 300 Hz dominieren Raumresonanzen Boxenrückwandabstand
und sorgen für Einbrüche und Spitzen bis zu +/- 20dB.
Im Bereich 250 Hz bis 800 Hz spielt erfahrungsgemäß der
Seitenwandabstand eine größere Rolle.
wird fortgesetzt....
Seiten zum Thema Raum-Behandlung
mit geringsten mechanischen Mitteln: Raum-tuning
mit optimalen elektronischen Mitteln: TacT
Raumkorrektur
Im Hörraum gemessenes Wasserfall-Diagramm ohne weitere Massnahmen
Im Hörraum gemessenes Wasserfall-Diagramm nach dem Aufstellen
von abgestimmten Lochplattenabsorbern (auf Rahmen befestigte Holzfaserplatte
mit Dämpfungsmaterial im Hohlraum)
Vorteil: niedriger Preis im Selbstbau, schnelleres Abklingen
Im Hörraum gemessenes Wasserfall-Diagramm nach Anwendung digitaler
Raumkorrektur
Vorteil: linearisierter Frequenzgang schnelleres Abklingen
Lyngdorf RP-1 oder integriert in Vollverstärker Lyngdorf TDAI2200RP
Praktische Links:
Verbesserung der Raumakustik mit Dämpfungsmaterial: http://www.trikustik.at/rechner.html
Berechnung der Lautsprecherplatzierung im Raum: http://www.hunecke.de/de/rechner/lautsprecher.html
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