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Basswiedergabe: Präzise auf den Punkt gebracht


Heimkino - epaper ⋅ Ausgabe 1/2020 vom 29.11.2019

Klingt Ihr Subwoofer unpräzise oder wummert gar? Haben Sie „laute“ und „leise“ Stellen im Raum? Daran können sogenannte Raummoden und stehende Wellen schuld sein. Wir erklären, was da genau passiert und wie Sie das Problem ganz einfach und kostenlos selber lösen können.


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Ein wenig Theorie muss leider sein, um das Phänomen „stehende Wellen“ besser zu verstehen. Schall ist eine Welle von Luftdruckdifferenzen, die sich im Raum ausbreitet. Eine Lautsprechermembran bewegt Luftmoleküle, die wiederum benachbarte Luftmoleküle anstoßen und so mit einer ...

Artikelbild für den Artikel "Basswiedergabe: Präzise auf den Punkt gebracht" aus der Ausgabe 1/2020 von Heimkino. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: Heimkino, Ausgabe 1/2020

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... Geschwindigkeit von 344 Metern pro Sekunde durch den Raum „wandern“, bis sie letztendlich das menschliche Ohr erreichen, um dort das Trommelfell in Bewegung zu versetzen. Schall ist eine Welle, bei der sich Stellen von verdichteten Luftmolekülen und sich schnell bewegenden Luftmolekülen abwechseln. An den Stellen der verdichteten Moleküle herrscht ein hoher Schalldruck, also eine hohe Lautstärke, an den Stellen der sich „nur“ bewegenden Luftmoleküle hört man nichts. Je tiefer die Frequenz eines Tones ist, umso länger ist die Wellenlänge, also die Länge eines kompletten Ein- und Ausschwingvorgangs.

Verdichtete Luftmoleküle: hoher Schalldruck Schnell bewegte Luftmoleküle: kein Schalldruck


Es gilt folgende Formel:

Für eine Frequenz von 50 Hz beträgt die Wellenlänge z.B. 6,8 Meter, für 1 kHz bereits nur noch 3,4 cm und für 20 kHz lediglich 0,017 cm.

Stehende Wellen – Raummoden

Bei fest gegebenen Raumabmessungen eines (meist rechteckigen) Hörraums tritt bei einer Reihe von Frequenzen das Phänomen der stehenden Wellen auf: Eine Schallwelle „passt“ aufgrund ihrer Wellenlänge exakt in den Raum, wird von den gegenüberliegenden Wänden reflektiert und überlagert sich selbst. Der Effekt: Diese Frequenz wird viel zu laut reproduziert und hat einen störenden, extrem langen Nachhall. Die störenden stehenden Wellen prägen sich immer dann aus, wenn die Wandabstände die halbe Wellenlänge, eine ganze Wellenlänge, drei halbe Wellenlängen usw., also Vielfache der halben Wellenlänge sind.

Bei einer Raumlänge von 5 Metern (L) ist also nach der Formel: mit stehenden Wellen bei Frequenzen von 34,4 Hz, 68,8 Hz und 103,2 Hz zu rechnen.

Problematisch sind zum Glück nur stehende Wellen unter 100 Hz, bei normal großen Hörräumen also die erste Resonanz (im Bsp. 34,4 Hz), die zweite Resonanz (im Bsp. 68,8 Hz) und dritte Resonanz (103,2 Hz).

Schalldruckmaxima, Schalldruckminima

An den Raumwänden herrscht IMMER ein Druckmaximum einer stehenden Welle, egal bei welcher Frequenz. In unserem Beispielraum mit 5 Metern Länge entwickelt sich eine stehende Welle von 34 Hz (erste Resonanz bei halber Wellenlänge). An den beiden Stirnwänden herrschen hohe Schalldrücke der 34-Hz-Frequenz, während exakt in der Mitte des Raumes (1/2 L = 2,5 Meter) ein Schalldruckminimum besteht. Abbildung 1 symbolisiert den Schalldruckverlauf dieser Grundresonanz im Raum. An den Stellen im Raum, an denen die grüne Fläche nahe dem Boden ist, sind 34 Hz nicht zu hören.

In der Raummitte (1/2 L) herrscht bei der ersten Resonanzfrequenz ein Schalldruckminimum A, an den Raumwänden hingegen ein Schalldruckmaximum B


Auch in der Breite (und Raumhöhe) entstehen stehende Wellen, deren Frequenzen von der Raumbreite abhängen. Auch hier existieren „laute“ und „leise“ Stellen, allerdings bei anderen Frequenzen, sofern der Raum nicht quadratisch ist


Bei der zweiten Resonanz entstehen Stellen hoher und niedriger Schalldrücke, allerdings liegen hier zwei Minima bei exakt 1/4 der Raumlänge L. Schalldruckmaxima entstehen an den Wänden und in der Raummitte


Nahe den Wänden hingegen symbolisiert die weit über dem Boden liegende grüne Fläche hohen Schalldruck bei 34 Hz. Abb. 2 zeigt den Schalldruckverlauf in Raumbreite, Abb. 3 den der zweiten Resonanz in Raumlänge.

AAn Position A wird ein Hörer von den Frequenzen der Grundresonanzen (Länge und Breite) kaum etwas hören, sitzt aber im Pegelmaximum der zweiten Resonanzen BAuch Position B ist nicht ideal, hier fehlen Frequenzen der zweiten Längsresonanz CZiel ist es, einen ausgewogenen Hörplatz zu finden, bei dem keine der Resonanzfrequenzen überbetont wird oder ein Pegelminimum hat. Ein Hörplatz direkt an der Wand ist der Ort, an dem alle Resonanzen ein Pegelmaximum haben. Ein guter Kompromiss findet sich in der Regel bei dem 0,55-Fachen, 0,68-Fachen und 0,8-Fachen der Raumlänge


Steht der Subwoofer direkt im Maximum einer stehenden Welle, wird diese stark angeregt. Der Schalldruckverlauf dieser Frequenz im Raum wird durch die rote Fläche symbolisiert


Verschiebt man den Subwoofer an die Stelle eines Schalldruckminimums, kann die stehende Welle nur sehr schwach angeregt werden. Eine deutlich schwächere Ausprägung von „lauten“ und „leisen“ Stellen im Raum bei dieser Frequenz ist die Folge, die Basswiedergabe ist deutlich ausgewogener


Der ideale Hörplatz

Trägt man für einen gegebenen Raum mit bekannter Länge und Breite die „Linien“ der Schalldruckminima für die ersten beiden Resonanzen sowohl für die Raumlänge als auch für die Raumbreite auf, ergeben sich kritische Hörpositionen (Abb. 4).

Platzierung Subwoofer

Ein Lautsprecher ist im Prinzip ein Druckgenerator für Luftmoleküle. Am besten kann ein Lautsprecher eine stehende Welle zur Schwingung anregen, wenn dieser exakt im Druckmaximum der Welle steht. Ein unnatürlich hoher Schalldruck im Raum bei dieser einzelnen Frequenz wäre die Folge und sollte unbedingt vermieden werden. Bei Aufstellung eines Subwoofers in der Raumecke würden sogar alle Grundresonanzen des Raumes angeregt. Die Lautstärke des Woofers würde zwar deutlich zunehmen, allerdings zum Preis einer dröhnenden, unpräzisen und völlig unausgewogenen Basswiedergabe.

Feintuning

In der Praxis besitzt jeder Raum eine Vielzahl von mehr oder weniger stark ausgeprägten Resonanzen, die von Raumabmessung, -geometrie (rechteckig, L-förmig, Türen, Durchbrüche etc.) und Beschaffenheit abhängen. Ziel ist es, am Hörplatz ein möglichst ausgewogenes Klangerlebnis zu erreichen, alle Frequenzen sollten möglichst gleich laut ertönen. Und so geht’s: Besorgen Sie sich eine Test-CD mit einzelnen(!) Frequenzen, die fein abgestuft einen Bereich von 20 – 200 Hz abdecken. Am Hörplatz ermitteln Sie mit einem Schallpegelmesser (oder per Gehör) diejenigen Frequenzen, die besonders laut oder zu leise erklingen. Sind diese Frequenzen bekannt, lässt sich mit unseren Formeln ermitteln, ob es sich um eine Längs- oder Breitenresonanz handelt, denn bei bekannter Raumgröße lassen sich die Grundresonanzen ja leicht ermitteln. Verschieben Sie den zu „lauten“ Subwoofer auf eine Stelle eines Druckminimums dieser Frequenz oder einen zu „leisen“ Woofer auf ein Druckmaximum der entsprechenden Frequenz. Beispiel: In unserem Testraum (5 m x 3 m) werden 70 Hz zu laut wiedergegeben. Diese Frequenz liegt der zweiten Längsresonanz von (344 ms/5 m = 68,8 Hz) sehr nahe und kann durch Verschieben in der Raumlänge bedämpft werden. Bei 1/4 der Raumlänge hat diese Welle ein Minimum; stellen Sie den Woofer also rund 1,25 Meter von der Rückwand des Raumes auf (Abb. 6). Die 68 Hz können nicht mehr so stark angeregt werden, am Hörplatz fallen die 70 Hz also nicht mehr als zu laut auf.

Fazit

Probieren geht zwar über Studieren, dennoch kann das theoretische Verständnis der Raummoden bei der Suche nach dem optimalen Hörplatz und der perfekten Subwooferaufstellung helfen. Mit dieser lässt sich die Basswiedergabe deutlich verbessern – und zwar nur mit ein wenig Geduld, einem Taschenrechner und einem Blatt Papier.