Raumakustik verbessern: Wie optimiert man die Hörsamkeit im Raum?
von Martin Hömberg, Helga Rouyer-Lüdecke, Artikel aus dem Archiv vom
Sie sind auf der Suche nach Möglichkeiten, die Raumakustik zu verbessern? Wir zeigen auf, inwieweit eine problematische Raumakustik durch Beschallung kompensiert werden kann und wie Elektroakustik – möglichst geschickt und unauffällig – die Hörsamkeit eines Raumes verbessert!
Konventionelle Lautsprechercluster entstanden aus dem Bedürfnis nach höherem Schalldruck als das mit einem einzelnen Lautsprecher möglich ist sowie aus der Forderung nach einem breiteren horizontalen Abstrahlbereich. Die ersten Beschallungsanlagen bestanden dem entsprechend aus „Lautsprecher-Wänden“, bei denen die einzelnen Boxen nebeneinander aufgestellt waren, zusätzlich manchmal auch übereinander (gestackt). Für diese Anordnung entstand später die Bezeichnung (Lautsprecher-) Cluster.
Raumakustik verbessern mit Cluster
Später kamen die Line-Arrays auf, mit übereinander angeordneten Lautsprechern, die nach Berechnungen und Erfahrungswerten horizontal und vertikal genau ausgerichtet waren. Aufgehängt und angeordnet wie eine gebogene Linie (Banane) versorgen sie das Auditorium. Line-Arrays werden heute für mittlere und große Auditorien bevorzugt; für kleine Venues gibt es nach wie vor die Cluster-Beschallung. Eine Kombination aus beiden Verfahren sieht man dort, wo in einem mittleren bis großen Saal Nischen, Balkone oder Ränge mit dem Line-Array nicht hinreichend versorgt werden können. Man nimmt dann einzelne Lautsprecher als „Fills“ hinzu. Entsprechend ihrer Entfernung zum Line-Array wird ihre Wiedergabe digital verzögert, damit keine Echo-Effekte entstehen.
Die konventionelle (Cluster-) Anlage hat in mittleren und großen Räumen den Nachteil, dass sich in der Frequenzabbildung einzelne Bereiche überlagern. Es entstehen so genannte Interferenzen. Das führt zu Überhöhungen einzelner Frequenzspektren einerseits und zu Reduzierungen oder Auslöschungen andererseits. Der Klangeindruck erscheint ungleichmäßig, weil der Frequenzgang „verbogen“ ist, und zwar an jeder Hörposition anders. Je nach Anlage, Beschaffenheit des Raumes und reproduziertem Content – zum Beispiel Rauschen – kann man das eindrucksvoll bei einem Spaziergang auf der horizontalen Wiedergabe-Ebene erleben: Man hört „Phasing Live“. Das Ziel, jeden Punkt im Raum mit einem konstanten Frequenzgang und linearem Phasenverhalten zu versorgen, wird bei der traditionellen Cluster-Beschallung also verfehlt. Um die Raumakustik zu verbessern, ist dies also nicht immer eine Lösung.
Line-Array im Kurhaus Baden-Baden, Bénazet-Saal (1.200 Plätze). Zusätzlich zum Line-Array gibt es Stützlautsprecher sowie Deckenlautsprecher. (Foto: Norbert Hönig)
Ein Line-Array bringt andere Ergebnisse. Hier verteilt sich der Schall nach dem Prinzip: Verdopplung des Abstands zum Lautsprecher entspricht der Verdopplung der beschallten Fläche. Der Schalldruck reduziert sich dabei jeweils um 3 dB. Der praktische Nutzeffekt: Man kann mit dem Line-Array kontrollierter und gleichmäßiger beschallen; so gesehen arbeitet es „effizienter“ als konventionelle Lautsprecher. Ein höherer Schalldruckpegel wird im Vergleich zum Cluster mit weitaus weniger Interferenz-Nebenwirkungen erreicht. Line-Arrays haben eine relativ hohe „Tragweite“; für kleine Räume sind sie daher weniger geeignet, da man mit Reflexionen von der Rückwand zu rechnen hat.
Für Venues ab einer bestimmten Größe plant man seit Jahren überwiegend mit Line-Arrays. Aber es gibt auch immer noch die dezentrale Beschallung, und zunehmend auch die Überlegung, ob im konkreten Fall wirklich ein Line-Array gebraucht wird. Sinnvoll ist sie, wenn ohnehin klar ist, dass Delay-Einheiten eingesetzt werden müssen, um zum Beispiel Balkone zu versorgen, die manchmal besetzt sind und manchmal nicht. Wenn man den Balkon beschallt, während er nicht besetzt ist, erhält man unnötigen Störpegel und dann ist es praktisch, die entsprechenden Delay-Einheiten einfach auszuschalten. Andererseits kann man auch ein Line-Array so planen, dass Balkone damit nur im Bedarfsfall beschallt werden. Das Erreichen der Fläche unter dem Balkon ist auch ein Thema für Delay-Einheiten. Es gibt Venues, bei denen Säle durch Zwischentüren vergrößert werden können, oder bei denen man seitliche Räume ankoppeln kann. Auch das sind Gegebenheiten, die für eine dezentrale Beschallung sprechen.
Eine Variante, die Raumakustik mit einer dezentralen Beschallung zu verbessern, sind Linienstrahler. Bei Linienstrahlern kann das Abstrahlverhalten „digital“ gekrümmt werden – es ist also per DSP programmierbar. Auf diese Weise können sie noch flexibler auf unterschiedliche Programme und räumliche Gegebenheiten – zum Beispiel auch Bestuhlungsvarianten – angepasst werden.
Diese Stele ist ein Hochleistungs-Akustikabsorber mit integrierter Lautsprecher- und Mikrofontechnik. Die Lautsprecherabstrahlung ist umschaltbar für gerichtete oder ambiente Beschallung und kann für Sprach- und/oder Musikbetrieb optimiert werden. (Foto: Xonoelements)
Raumakustik verbessern mit unsichtbaren Lautsprecher
Designern und Architekten sind Lautsprecher oft ein Ärgernis. Sie möchten sie aus dem Blickfeld verbannen, hinter einem Vorhang verstecken, oder zumindest hinter einem Blumen-Arrangement verschwinden lassen. Nicht selten führt das zu Kontroversen mit den Akustik-Spezialisten, und das wird wohl auch so bleiben. Die Firma Sonus aus Baden-Baden hat sich jahrelang mit diesem Bereich beschäftigt, um die Möglichkeiten von Design, Hörsamkeit eines Raumes und Beschallung in einer integrierten Lösung abzubilden. Das Ergebnis sind optisch und akustisch gestaltete Räume unterschiedlichster Art, in denen Beschallung stattfindet, ohne dass man einen einzigen Lautsprecher sieht.
Die von Sonus unter dem Brand XONO Elements angebotenen Produkte (xonoelements.com) basieren überwiegend auf Absorbern mit eingebauten, besonders flachen Schallwandlern. Sie sind in ihren Abmessungen sowie in ihrer optischen Gestaltung variabel. Die Grundkonstruktion der Absorber sieht aus wie zwei sandwichartig zusammengefügte Platten, die zusammen 53 mm dünn sind. Die Anwendungsbereiche und Ausführungen sind vielfältig: Wandbilder und Stelen, Displays für Digital Signage, Deckensegel, Trennwände (Baffles), Kuben, zum Beispiel als Werbeobjekt oder als „Litfaßsäule“.
Alle Elemente lassen sich mit Bildern oder (bedruckten) Textilien versehen oder sind als Projektionsfläche verwendbar. Von einem Objekt mit der Tiefe von insgesamt 53 mm darf man üblicherweise Absorber-Effekte bis etwa 400 Hz erwarten. Zwecks Absorption in Bereichen mit tieferen Frequenzen werden Resonatoren und Membranabsorber (Platten-Resonatoren, Plattenschwinger) eingesetzt, die erheblich platzaufwendiger sein müssen, um ihren Zweck zu erfüllen. Das sind gemeinhin anerkannte Gegebenheiten und Grenzen bei der Schallabsorption. In einer Forschungsarbeit hat Sonus diese Grenzen hinterfragt, es wurde experimentiert, mit dem Ergebnis, dass die nur 53 mm dicken Absorber bis hinunter in den Bereich von 100 bis 200 Hz wirksam sind.
Xono Projektionsfläche mit Klasse A Hochleistungs-Akustikabsorber und integrierter Lautsprechertechnik mit gerichteter Abstrahlung. Das Element eignet sich besonders für Video- und Telekonferenzen sowohl in kleinen wie auch großen Räumen. (Foto: Xonoelements)
Um Phasenprobleme zu vermeiden, sind die Schallwandler in den Absorber-Sandwiches mit FIR-Filtern entzerrt. Sie haben einen funktionell guten Klang, die Wiedergabe reicht erstaunlich weit in den Bereich der Tiefen. Es gibt Lautsprechersysteme mit unterschiedlichen Abstrahl-Charakteristika: Eine gleichmäßige Hintergrund-Beschallung in alle Richtungen wird gelegentlich als „Ambient-Beschallung“ bezeichnet.
Die Lautsprecher können aber auch – unterschiedlich stark – gerichtet sein, von (konventionellem) Stereo bis Mono, zum Beispiel für ein Bild, das an der Wand hängt und zum Klingen oder zum Sprechen gebracht werden soll. Eine spezielle Lösung sind extrem stark gerichtete Lautsprechersysteme. Sie ermöglichen es, einen Raum in mehrere „Audio-Korridore“ zu unterteilen. Bereits zwei seitliche Schritte reichen aus, um einen Korridor zu verlassen, das macht diese Art der Beschallung interessant für zum Beispiel objektbezogene sprachliche Informationen. Wenn man dieses Verfahren aus der Horizontalen in die Vertikale dreht, sind damit „Sound-Duschen“ realisierbar, jede einzelne „Dusche“ liefert dann Informationen zum Beispiel zu einem bestimmten Exponat in einem Museum oder zu einem Produkt in einem Point of Sales.
Naheliegend ist der Wunsch, einen funktionalen, schönen Raum in urban guter Lage mit angenehmer Infrastruktur möglichst vielfältig zu nutzen. Dazu sollte die Akustik variabel sein. Man erreicht das zum Beispiel durch bewegliche Wand- oder Deckenelemente: Eingeklappt reflektieren sie den Schall, ausgeklappt sind es Absorber. In so einem Raum kann sich dann zum Beispiel ein Redner gut verständlich machen, aber auch ein Klavierkonzert oder eine Bigband finden passende Verhältnisse.
Allerdings sollte man die Unterdrückung von Reflexionen, sprich Nachhall, nicht übertreiben, um ein dem Anwendungszweck gemäßes Hören weiterhin zu gewährleisten. Seit ungefähr zehn Jahren gibt es auch elektroakustische Verfahren, welche hier die physikalischen Grenzen erweitern: Mit Lautsprechern wird die Akustik der Halle „virtuell verändert“, und so passt vielleicht auch ein Orchester dort hinein – vielleicht mit 2 Sekunden Nachhall für Barockmusik und mit 3 Sekunden oder mehr für Romantik.
Es gibt inzwischen mehrere Hallen in Deutschland, die solche Systeme nutzen, und nach Meinung von Experten wird die Bedeutung der virtuellen Akustik noch zunehmen. Verschiedene Hallenbetreiber legen Wert darauf, das Vorhandensein solch eines Systems der Öffentlichkeit vorzuenthalten. Sie fürchten den Vorwurf von „akustischem Betrug“ – vor allem in der Presse – und damit einen schwer zu kompensierenden Imageverlust ihrer Halle, vor allem bei einem bürgerlichen Publikum, das gern Konzerte mit klassischer Musik besucht.
Und so kann man inzwischen vielleicht schon nicht mehr genau wissen, wem man zuhört, wenn man einem Sinfoniekonzert lauscht: Sind es wirklich nur die Instrumente, gut in Szene gesetzt durch natürliche Raumakustik oder schwingen da auch noch einige Dutzend Lautsprechermembranen mit, die die Raumakustik verbessern? Ist es wirklich der originäre Raumhall, den man hört (und visuell mühelos mit dem Raum in Zusammenhang bringen kann), oder leistet da im Hintergrund noch ein Hall-Prozessor unterstützende Dienste?
Mittlerweile werden verschiedene Systeme angeboten, auch kleinere und preiswertere Lösungen, die zum Beispiel für Sprachdarbietungen spezialisiert sind. Große Systeme sind aufwändig; sie arbeiten zum Beispiel mit 64 Mikrofonen, die über einen Prozessor auf 96 Lautsprecher verteilt werden. Auf Knopfdruck lässt sich die Akustik der Halle verändern. Das wohl bekannteste System für virtuelle Akustik ist VRAS (Variable Room Acoustics System), das inzwischen von Meyer Sound übernommen und mit anderen Komponenten als „Constellation“ System weiterentwickelt wurde.
Mein Kollege musste zur Präqualifizierung der Hörakustik. Er beschäftigt sich auch in seiner Freizeit mit der Akustik. In seinem Wohnzimmer hast du bei einem ersten Besuch den Eindruck, dass du am Geschehen teilnimmst.
Vielen Dank für die nützliche Erklärung zum Unterschied zwischen variabler und virtueller Raumakustik. Ich versuche gerade mir einen Musikraum mit Lautsprechern einzurichten. Bevor ich damit beginn, will ich sicherstellen, dass ich alles i Sachen Akustik aus dem zur Verfügung stehenden Platz heraushole.
Vielen Dank für den interessanten Beitrag zur Verbesserung von Raumakustik. Meine Tante arbeitet in einem Theater und möchte dort die Raumakustik in einem Saal verbessern. Ich werde ihr diesen Beitrag weiterleiten. Gut zu wissen, dass die konventionelle Anlage in mittleren und großen Räumen den Nachteil hat, dass sich in der Frequenzabbildung einzelne Bereiche überlagern.
Auch konventionelle Anlagen können über einen Audio-DSP so eingemessen werden, dass die Überlagerungen nahezu verschwinden. Voraussetzung dafür ist, dass die verschiedenen Lautsprecher mit jeweils eigenen Verstärkerkanälen angefahren werden.
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Mein Kollege musste zur Präqualifizierung der Hörakustik. Er beschäftigt sich auch in seiner Freizeit mit der Akustik. In seinem Wohnzimmer hast du bei einem ersten Besuch den Eindruck, dass du am Geschehen teilnimmst.
Vielen Dank für die nützliche Erklärung zum Unterschied zwischen variabler und virtueller Raumakustik. Ich versuche gerade mir einen Musikraum mit Lautsprechern einzurichten. Bevor ich damit beginn, will ich sicherstellen, dass ich alles i Sachen Akustik aus dem zur Verfügung stehenden Platz heraushole.
(URL von der Redaktion entfernt)
Vielen Dank für den interessanten Beitrag zur Verbesserung von Raumakustik. Meine Tante arbeitet in einem Theater und möchte dort die Raumakustik in einem Saal verbessern. Ich werde ihr diesen Beitrag weiterleiten. Gut zu wissen, dass die konventionelle Anlage in mittleren und großen Räumen den Nachteil hat, dass sich in der Frequenzabbildung einzelne Bereiche überlagern.
Auch konventionelle Anlagen können über einen Audio-DSP so eingemessen werden, dass die Überlagerungen nahezu verschwinden. Voraussetzung dafür ist, dass die verschiedenen Lautsprecher mit jeweils eigenen Verstärkerkanälen angefahren werden.