Durch Raum und Zeit – Raumvermessung

Der perfekte Klang im Heimkino

Wie klingt ein Raum und vor allem warum klingt jeder Raum anders? Wie viel Zeit es braucht, um einen Raum wirklich einschätzen zu können und welche Rolle die Zeit dabei sonst noch spielt, erarbeiten wir mit Ihnen in einem mehrteiligen Workshop.

Die Räume dieser Welt sind so individuell, wie die Menschen, die darin leben. Im Zusammenspiel von Lautsprechern und Räumen hört man die Lautsprecher durch den Raum gefiltert. Dadurch wird bei unbehandelten oder suboptimalen Räumen die Linearität eines Lautsprechers oft hinfällig. Räume können mit Leichtigkeit den Frequenzverlauf eines Lautsprechers um zehn Dezibel oder mehr verfärben.

Mit diesem Wissen ausgestattet, ergibt sich oft eine ganz neue Perspektive auf das heimische HiFi-System. Wenn es um das Thema Musikgenuss geht, gibt es daher bestimmte Anforderungen, die man an einen Raum stellen sollte, um ein bestmögliches Ergebnis zu erzielen. Um überhaupt erst einmal herauszufinden, woran man ist und worauf es ankommt, gibt es verschiedene Möglichkeiten, Räume besser kennen zu lernen und die Schwächen und Stärken aufzudecken. Einige Tipps und Tricks möchten wir hier vorstellen.

Den akustischen Unterschied zwischen einer Kirche und einem Kino hat sicherlich jeder von uns schon gehört. Doch auch im Bereich Wohnzimmer gibt es gravierende Unterschiede abhängig von der Größe, dem Schnitt, den verbauten Materialien und der Einrichtung des Raumes. So kann ein eher puristisches und minimalistisches Refugium komplett anders klingen, als eine gemütlich gepolsterte Wohnbibliothek. Dabei unterscheidet und betrachtet man üblicherweise die drei verschiedenen Kriterien: Reflexion, Nachhallzeit und Resonanzen. Aus diesen Parametern setzt sich der Raumklang zusammen und je mehr wir darüber wissen, desto besser verstehen wir die Akustik unserer Räume. Daher beginnen wir unseren Workshop mit einem Crashkurs in Raumakustik.

Grundlagen der Raumakustik

Trifft Schall auf eine hinreichend große, ebene Fläche, so wird er in demselben Winkel reflektiert, in dem er auf diese Fläche trifft. Es handelt sich nämlich genau wie bei Licht, auch bei Schall um eine Wellenform, daher gelten auch hier dieselben physikalischen Gesetze. Je nach Geometrie und Beschaffenheit des Materials, auf das diese Wellen treffen, kommt es bei einer Reflexion zu einer Anhebung des Pegels durch Druckstaueffekte und Überlagerung von Wellen. An glatten Flächen um drei Dezibel, an Kanten um plus sechs Dezibel und in Ecken sogar um bis zu neun Dezibel. Der Schall der von den umgebenden Wänden reflektiert wird, verfälscht also zu einem gewissen Grad den hoffentlich großartigen Sound unserer heimischen Anlage.

Das beste Beispiel für ungewünschte Reflexionen – und bei jeder praktischen Demonstration auch immer wieder ein sehr beeindruckender Effekt – ist das so genannte Flatterecho, welches manchmal auch als Ping-Pong-Echo bezeichnet wird. Dieses Echo entsteht vor allem in kahlen und eher kleinen Räumen, in denen sich zwei oder mehrere Wände mit stark reflektierender Oberfläche parallel gegenüber stehen, Decken und Fußböden mit eingeschlossen. Also in so gut wie allen klassischen Wohnräumen. Vor allem die Interieur-Minimalisten haben damit zu kämpfen.

Wenn sie herausfinden wollen, ob ihr Raum vom Flatterfieber befallen ist, stellen sie sich doch einfach mal in die Mitte des Raumes und klatschen sie einmal kurz laut in die Hände. Dadurch entsteht ein Impuls, der von der einen Wand immer wieder zur anderen reflektiert wird, bis er schließlich seine Energie verloren hat und ausklingt. Probieren sie ruhig auch andere Räume der Wohnung oder des Hauses. Vor allem Bäder sind ein prädestinierter Ort für dieses Spektakel. Wenn sie einmal ein Flatterecho gehört haben, werden sie diesen Klang nie wieder vergessen, versprochen.

Geflattert wird in den hohen und mittleren Frequenzen des Schalls. Das Flatterecho ist dabei aber bitte nicht mit dem Nachhall eines Raumes zu verwechseln. Dieser entsteht in jedem normalen Raum und erstreckt sich über das gesamte Frequenzspektrum. Nur nicht in schalltoten Räumen, die hauptsächlich zu Messzwecken gebaut werden. Da wir aber alle nicht in schalltoten Messräumen leben (müssen), werden wir uns mit einer spezifischen Nachhallzeit eines jeden Raumes anfreunden. Und glauben sie uns, in einem schalltoten Raum möchte man auch nicht wohnen, selbst wenn die Stereoanlage darin noch so perfekt klänge.

Es fehlt dem Menschen dann nämlich jede akustische Orientierung und man hört die ganze Zeit absolut nichts von der Umwelt, außer dem eigenen Herzschlag. Nachhall ist also etwas Natürliches und bis zu einem gewissen Grad auch angenehm. Wohldosiert sollte er sein, so wie alles im Leben. Die Ermittlung der RT60, so nennt man die Nachhallzeit üblicherweise, erfolgt ähnlich wie die eines Flatterechos, durch Impulse. RT60 heißt diese Zeit deshalb, weil man den Raum mit einem Sinus-Sweep in Schwingung versetzt, diesen schlagartig abschaltet und dann misst, wie lange der Raum nachschwingt, bis die Raumantwort 60 Dezibel unter dem Ausgangssignal angekommen ist. Das ergibt die Reverb Time 60, wie die Abkürzung ausgeschrieben heißt.

Die Praxis

In der Praxis funktionieren die meisten Messalgorithmen so, dass man die Zeit zwischen -5 Dezibel nach Ende des Sweeps bis -35 Dezibel misst. Mit einer anschließenden Polierung auf -65 dB erhält man die notwendigen 60 dB Unterschied für die Ermittlung der RT60. Das Ergebnis einer solchen Messung ist meist ein Frequenzdiagramm, welches den Raum in seinem Diffusfeld beschreibt. Mit Diffusfeld ist dabei der Bereich gemeint, bei dem die Raumantwort lauter ist, als das direkte Signal der Lautsprecher. Eine durchschnittliche Nachhallzeit von 0,3 Sekunden und kürzer findet man vor allem in Tonstudios und Aufnahmeräumen. Im Wohnzimmer bewegt sich das ganze erfahrungsgemäß, je nach Größe und Beschaffenheit des Raumes, um die 0,4 bis 1 Sekunde.

Ein weiterer Fakt der den Klang eines Ortes bestimmt, neben besagten Reflexionen und der Nachhallzeit, ist die Eigenresonanz. Raumresonanzen sind in der Akustik immer ein Trend-Thema, aber nicht der Grund weshalb man die stehenden Wellen auch als Raummoden bezeichnet. Die Moden haben natürlich nichts mit Lifestyle, Prêt-à-Porter oder Haute Couture zu tun, sondern sind ein akustisches Phänomen, das völlig unabhängig von Parallelität von Wänden auftritt und sich ausschließlich auf den Bass- oder Tieftonbereich von Räumen auswirkt. Man unterscheidet im Allgemeinen zwischen drei verschiedenen Typen von Raummoden beziehungsweise stehenden Wellen und zwar den axialen Moden, den tangentialen Moden und den obliquen Moden.

Dabei wollen wir gar nicht zu tief in die Theorie einsteigen, sondern belassen es dabei, dass diese drei Typen beschreiben, ob eine Welle nur eindimensional, zweidimensional oder sogar dreidimensional durch den Raum resoniert. Es handelt sich also um ein durchaus komplexes Thema und ohne ein kleines bisschen Mathematik und Physik wird das Phänomen nicht wirklich greifbar.

Moden entstehen nämlich, wenn sich eine zwischen mindestens zwei Begrenzungsflächen senkrecht auftreffende Welle immer wieder mit ihrer eigenen Reflexion überlagert. Dadurch entstehen an gewissen Punkten ganze, oder teilweise Auslöschungen und Anhebungen. Hierbei spielt der Abstand der beiden Wände eine wortwörtlich maßgebliche Rolle. Eine stehende Welle entsteht bei einer spezifischen Frequenz nämlich nur dann, wenn die Hälfte ihrer Wellenlänge – oder ein ganzzahliges Vielfaches davon – zwischen die Wände passt. Wen das interessiert, für den haben wir eine kleine Beispielrechnung mit Formelerläuterung im Infokasten.