Produkt: Professional System 04/2019
Professional System 04/2019
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Prinzip der Wellenfeldsynthese

Wie funktioniert die Wellenfeldsynthese für Schallwandler in 3D-Soundsystemen?

Grundlage der Wellenfeldsynthese (WFS) ist die Kopplung bzw. Überlagerung vieler Klangquellen und damit in der praktischen elektroakustischen Ausführung vieler Lautsprecher.

Prinzip der Wellenfeldsynthese
Prinzip der Wellenfeldsynthese (Bild: Helmut Oellers)

Für den Einsatz in 3D-Soundsystemen bestimmte Schallwandler sollten zunächst grundsätzlich alle Anforderungen erfüllen, die an jeden professionellen Lautsprecher gestellt werden: Dazu gehören neben einer ausgeglichenen Directivity und gleichmäßigem, schnellem Abklingen vor allem hohe Pegelfestigkeit bzw. geringstmögliche Verzerrungen bei Pegelspitzen.

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Anders als beispielsweise in der Kinobeschallung ist bei WFS und 3D-Sound nicht zwingend eine Vorzugsrichtung im Sinne von LCR- und Effektlautsprechern vorgegeben. Bei Klangereignissen, die in ihrer Ortung nahe der Lautsprecherposition liegen, sind oft nur wenige Systeme an deren Wiedergabe beteiligt. Jeder einzelne Lautsprecher muss hier in der Lage sein, hohe Schalldrücke an jeder Hörposition zu erzeugen.  Um bei größeren ausreichend Dynamik zu erhalten, sind daher vorzugsweise Mehrwege-Lautsprecher mit Kompressionstreibern im Hochtonzweig einzusetzen; auch die systembedingt besseren Werte bei den Intermodulationsverzerrungen sprechen für diese Lösung.

Durch die vollständig kontrollierte Ansteuerung und entsprechende Entzerrungsmöglichkeiten ist der Frequenzgang auf Achse des einzelnen Lautsprechers zwar nicht von entscheidender Bedeutung, im Interesse eines guten Headrooms sollte deren Übertragungsbereich jedoch so groß sein, dass die Ankopplung an Subwoofer ohne große Anhebungen möglich ist.

Die wichtigste Eigenschaft der Lautsprecher betrifft jedoch die Directivity. Hier muss zwischen Systemen, die in der Hörebene liegen (2D), und Deckensystemen (3D) unterschieden werden.  Beiden gemeinsam ist die sich aus den WFS-Kriterien ableitende Forderung nach einer pegelgleichen Überlagerung möglichst aller Quellen an der Hörposition; für Deckensysteme, die für den Hörer quasi senkrecht aus einer Ebene beschallen, bedeutet das ein möglichst gleichmäßiges, breites Abstrahlverhalten in allen Achsen und ein möglichst schnelles Abfallen des Schalldrucks außerhalb des nominellen Abstrahlkegels, um Störschall durch Reflexionen an außen liegenden Strukturen zu vermeiden. Lautsprecher mit kleiner Abstrahlfläche und großem Hub sind hier das Mittel der Wahl.

Noch spezieller sind indes die Anforderungen an Lautsprecher in der Hörebene. Für deren horizontale Directivity gilt dasselbe wie für Deckensysteme, die vertikale Abstrahlung sollte jedoch relativ eng sein, um harte Bodenreflexionen möglichst abzuschwächen, die als kritisch für die akustische Ortung zu sehen sind.  Moderne leistungsfähige Mehrwege-Linienstrahler bieten genau diese Eigenschaften und haben sich daher als Hauptsysteme für 3D-Sound bewährt. Besitzen sie außerdem noch die Möglichkeit, sie mittels Beamsteering an die jeweiligen Erfordernisse anzupassen, hat man das momentan technisch Machbare erreicht.

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