Raumakustik

Alexis Baskind
Raumakustik
Alexis Baskind, https://alexisbaskind.net

Alexis Baskind
Raumakustik
Kursreihe
Grundlagen der Akustik für Toningenieure und Musikproduzenten
Niveau
Bachelor
Sprache
Deutsch
Revision
Januar 2020
Diesen Kurs zitieren
Alexis Baskind, Raumakustik, Kursmaterial, Lizenz: Creative Commons BY-NC-SA.
Vollständige, interaktive Version dieses Kurses mit Ton- und Videomaterial sowie mehr Kurs
und -Material auf https://alexisbaskind.net/teaching.
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material is licensed under a Creative Commons Attribution-
NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Raumakustik

Alexis Baskind
Inhaltsverzeichnis
1. Raum-Zeit-Betrachtung: Schallausbreitung in
einem Raum
2. Raum-Frequenz-Betrachtung: Raummoden
3. Zeit-Frequenz-Betrachtung
4. Raumakustik-Planung
5. Raumakustik eines Regieraumes
6. Räumliches Hören in einem Raum
Raumakustik

Alexis Baskind
Schallausbreitung in einem Raum
• Die zeitliche Entwicklung der Schallausbreitung in
einem Raum kann durch die geometrische
Betrachtung der Schallstrahlen, Reflektions-,
Absorptions- und Diffusionsflächen betrachtet werden
• Die meisten Softwares für die Raumakustik-Simulation
benutzen in der Tat u.a. sogenannte Raytracing-
Algorithmen (deutsch „Strahlverfolgung“, ähnlich als
bei 3D-Computergrafik-Algorithmen)
• Wir betrachten zuerst den einfachsten rechteckigen
Raum mit einer Quelle und einem Abhörpunkt bzw.
Zuhörer
Raumakustik

Alexis Baskind
Schallausbreitung in einem Raum
• Die Schallquelle sendet ein kurzes Impulssignal, z.B.
Händeklatschen, Funkenentladung oder Pistolenknall
Source: Charles Feilding
Raumakustik

Alexis Baskind
Direktschall
• Der Direktschall ist der erste Schall, der den Zuhörer erreicht
• Gäbe es keine weiteren Reflektionen danach, würde dieses
Direktfeld einem perfekten Freifeld entsprechen
Zeitliche
Darstellung (für
eine Position)
Räumliche
Darstellung
Quelle: Charles Feilding
Raumakustik

Alexis Baskind
Frühe Reflektionen
• Nach einem kurzen Moment (Anfangszeitlücke, engl. initial time-
delay gap oder ITDG), erreichen die frühen Reflektionen, leiser als
der Direktschall wegen der Absorption in der Luft und auf den
Flächen, den Zuhörer
In rot: ITDG
Raumakustik
Zeitliche
Darstellung (für
eine Position)
Räumliche
Darstellung

Alexis Baskind
Frühe Reflektionen
Die zeitliche Dichte der Reflektionen nimmt drastisch mit der Zeit zu:
=> =>Direktschall
Reflektionen 1. Ordnung
(d.h. Schall nur einmal
reflektiert)
Source: Geoff Martin
Raumakustik
Reflektionen 2. Ordnung
(d.h. Schall zweimal
reflektiert)

Alexis Baskind
Nachhall
Nach 20-100 ms (je nach Raumgröße und Diffusionseigenschaften -
siehe unten) werden die Reflektionen dicht und kommen aus allen
Richtungen: das Schallfeld wird immer diffuser => Nachhall
Raumakustik
Zeitliche
Darstellung (für
eine Position)
Räumliche
Darstellung

Alexis Baskind
Nachhall
Wenn es keine störenden Flatterechos oder andere spätere
Reflektionen gibt, nimmt der Schalldruck während des Nachhalls
durchschnittlich exponentiell mit der Zeit ab
Raumakustik
Quelle: Wikipedia
Raumimpulsantwort (schematisch), lineare Darstellung

Alexis Baskind
Nachhall
Wenn es keine störenden Flatterechos oder andere spätere
Reflektionen gibt, nimmt der Schalldruck durchschnittlich
exponentiell mit der Zeit ab
Raumakustik
Raumimpulsantwort (Messung), lineare DarstellungSchalldruck
(Pa)
Zeit (ms)
In Rot: Hüllkurve vom Nachhall

Alexis Baskind
Nachhall
Der Schalldruckpegel (auf einer logarithmischen Skala) nimmt dann
durchschnittlich linear mit der Zeit ab
Raumakustik
Selbe Raumimpulsantwort (Messung), logarithmische DarstellungSchalldruck
-Pegel
(dB SPL)
Zeit (ms)
In Rot: Hüllkurve vom Nachhall
In Blau: Messrauschen

Alexis Baskind
Schalldruck
-Pegel
(dB SPL)
Zeit (ms)
Nachhallzeit
• Die Nachhallzeit (engl. Reverberation Time, T60) ist die benötigte
Zeit für eine Absenkung des Schalldruckpegels von 60 dB
• Die Nachhallzeit ist das bekannteste Beurteilungskriterium der
Raumakustik
Raumakustik
60 dB
T60 = benötigte Zeit
für eine Absenkung
von 60 dB

Alexis Baskind
Schalldruck
-Pegel
(dB SPL)
Zeit (ms)
Nachhallzeit
• In der Praxis wird die Nachhallzeit von einer Einschätzung der
Hüllkurve („Schroeder-Kurve“ genannt) gemessen, die viel glatter
als die Impulsantwort ist.
Raumakustik
In Schwarz: Schroeder-Kurve
60 dB
T60 = Nachhallzeit für
eine Absenkung von
60 dB

Alexis Baskind
Schalldruck
-Pegel
(dB SPL)
Zeit (ms)
Nachhallzeit
• Da ein Dynamikumfang von 60 dB durch Messungen fast nie zu
erreichen ist, wird die Nachhallzeit für Absenkungen von 30 dB bzw. 20
dB berechnet, und dann verdoppelt bzw. verdreifacht, um konsequent
bei T60 zu bleiben => Diese Einschätzungen sind T20 bzw T30 genannt.
• T30 wird zwischen -5 dB und -35 dB gemessen, und T20 zwischen -5 dB
und -25 dB vom Maximum
Raumakustik
T30 / 2
Max – 5dB
Max – 35dB

Alexis Baskind
Schalldruck
-Pegel
(dB SPL)
Zeit (ms)
Nachhallzeit
• Da ein Dynamikumfang von 60 dB durch Messungen fast nie zu
erreichen ist, wird die Nachhallzeit für Absenkungen von 30 dB bzw. 20
dB berechnet, und dann verdoppelt bzw. verdreifacht, um konsequent
bei T60 zu bleiben => Diese Einschätzungen sind T20 bzw T30 genannt.
• T30 wird zwischen -5 dB und -35 dB gemessen, und T20 zwischen -5 dB
und -25 dB vom Maximum
Raumakustik
T20 / 3
Max – 5dB
Max – 25dB

Alexis Baskind
Freifeld / Diffusfeld
• Die zeitliche Entwicklung der Schallausbreitung in einem
Raum kann als die Entwicklung von einem Freifeld zu einem
Diffusfeld betrachtet werden:
– Direktschall = Freifeld: die Signale, die die Mikrofone bzw. die
Ohren erreichen, sind miteinander sehr korreliert
– Frühe Reflektionen: die Korrelation zwischen den Signalen nimmt
mehr und mehr ab, wenn neue Reflektionen den Empfänger
erreichen
– Nachhall: Raumschallfeld ≈ Diffusfeld:
1. Der Schall trifft den Empfänger aus allen Richtungen gleichmäßig
2. Die Korrelation zwischen Schalldrücken für unterschiedliche Positionen
ist nahe 0 (außer im tiefen Bereich)
3. Das Diffusfeld hat dieselben Eigenschaften an allen Positionen des
Raumes
Raumakustik

Alexis Baskind
Hallradius
• Der Hallradius oder Hallabstand (engl. Critical Distance) ist als die
Entfernung definiert, für die der Raumschallpegel gleich dem
Direktschallpegel ist.
Entfernung von der Schallquelle
• Der Direktschallpegel
nimmt mit der
Entfernung ab
(Abstandsgesetz)
• Der Raumschallpegel ist
theoretisch gleich für alle
Positionen
Raumakustik

Alexis Baskind
Diffusion
• Späte Reflektionen, sogar wenn durch Absorption
gedämpft, sind oft störend, weil sie zu wahrnehmbaren
Echos führen können
• Am schlimmsten sind Flatterechos zwischen parallelen
Flächen
• Aus diesem Grund werden diffusive Flächen oft als
Alternative zu reflektierenden Flächen benutzt: sie
erlauben, späte Reflektionen zu unterdrücken, ohne dass
der Raum trockener wird
• Je mehr diffusive Flächen, desto früher der Übergang zum
diffusen Nachhall
Raumakustik

Alexis Baskind
Diffusion
Ohne Diffusion Mit Diffusion
Quelle: Takatoshi Yokota, Shinichi Sakamoto and Hideki Tachibana
Raumakustik

Alexis Baskind
Diffusion
Quelle: Takatoshi Yokota, Shinichi Sakamoto and Hideki Tachibana
Raumakustik
Unregelmäßige Verteilung der
Reflektionen wegen der konkaven
Form

Alexis Baskind
Einfluss der Entfernung
• Welche Wirkung hat die Entfernung von der Schallquelle
auf die Verteilung der Reflektionen?
ZeitZeit
Die Quelle ist weitDie Quelle ist nah
Raumakustik

Alexis Baskind
Einfluss der Entfernung
Mit steigender Entfernung:
1. Kommen der Direktschall und die frühen Reflektionen
später an
2. Sinkt das ITDG
3. Kommen die frühen Reflektionen weniger seitlich und
mehr frontal an. Gemäß dem Cocktail-Party-Effekt sind sie
dann perzeptorisch weniger trennbar vom Direktschall =>
Verfärbung
4. Sinkt der Direktschallpegel, aber der Raumschallpegel
bleibt mehr oder weniger unverändert => der relative
Anteil vom Nachhall nimmt zu: der
Raumakustik

Alexis Baskind
Einfluss der Raumgröße
• Wie ändern sich die Reflektionen und der Nachhall
bezüglich der Raumgröße?
Großer RaumKleiner Raum
ZeitZeit
Raumakustik

Alexis Baskind
Einfluss der Raumgröße
Wenn der Raum größer ist:
1. Sinkt der gesamte Schalldruckpegel
2. Kommen die frühen Reflektionen später an
3. Steigt die Nachhallzeit
Aber eine lange Nachhallzeit kann durch zwei Weisen erreicht
werden:
– Entweder in einem großen Raum,
– Oder in einem kleinem Raum mit sehr wenig Absorption (wie z.B.
in einem Hallraum)
=> Der Hauptunterschied ist aber, dass die frühen
Reflektionen früher in einem kleinem Raum ankommen (und
sie werden von der Wahrnehmung benutzt, um zu erkennen,
dass der Raum doch klein ist)
Raumakustik

Alexis Baskind
Grenzen der geometrischen Betrachtung
• Das geometrische Modell macht nur Sinn, wenn die
Wellenlängen kurz genug sind, so dass Reflektionen oder
Diffusion entstehen können.
• Das ist eine Voraussetzung, so dass das Nachhallfeld als
diffus betrachtet werden kann
• Im tiefen Bereich sind die Flächen bzw. die Abstände
dazwischen zu klein im Bezug auf die Wellenlänge: das
geometrische Modell funktioniert nicht mehr, und muss mit
einem modalen Modell (d.h. stehenden Wellen) ersetzt
werden
Raumakustik

Alexis Baskind
Raumresonanzen
• Erinnerung: eindimensionale stehende Welle zwischen zwei
Wänden
Wand 1 Wand 2
Abstand zwischen Wänden
Wellenlänge
Raumakustik

Alexis Baskind
Axiale Moden sind nur von einer Richtung
abhängig
Tangentiale Moden sind von zwei
Richtungen abhängig
Raumresonanzen
• In drei Dimensionen sind komplexere Kombinationen möglich:
Oblique Moden (auch
diagonale benannt)
sind von allen drei
Richtungen abhängig
Raumakustik
Bildquellen: mcsquared.com

Alexis Baskind
Raumresonanzen
• In drei Dimensionen sind komplexere Kombinationen möglich:
Raumakustik
Quelle: gikacoustics.com

Alexis Baskind
Frequenzverteilung der Raummoden
• Im Gegenteil zum eindimensionalen Fall sind die
Eigenfrequenzen nicht regelmäßig verteilt
Beispiel: simulierte Eigenfrequenzen für einen rechteckigen Raum mit
den Maßen: 4.6m x 3.75m x 2.34m
Hz
Frequenz
Raumakustik

Alexis Baskind
Frequenzverteilung der Raummoden
• Die Verteilung der Eigenfrequenzen ist von der
Raumgröße abhängig: je größer der Raum, desto größer
die modale Dichte (=die Anzahl der Moden pro Frequenz)
• Die modale Dichte steigt mit der Frequenz
Beispiel: simulierte Eigenfrequenzen für einen rechteckigen Raum mit
den Maßen: 9.2mx 7.5m x 4m
Hz
Frequenz
Raumakustik

Alexis Baskind
Moden: Dauer und Bandbreite
• Die Dauer und die Bandbreite von Raummoden, wie alle
Resonanzen und z.B. auch für Bandpassfilter, stehen in
umgekehrter Beziehung zueinander: je länger die
Resonanz, desto enger ihre Bandbreite
• Das heißt:
– Raummoden mit sehr wenig absorbierendem Material dauern
lange und weisen eine enge Bandbreite auf (= einen hohen
Gütefaktor) => sehr deutliche Resonanzen, „Löcher“ im
Frequenzgang zwischen zwei Moden
– Raummoden mit geeignetem akustischer Behandlung (d.h. gute
Absorption in tiefen Bereich) sind kürzer und haben eine höhere
Bandbreite (=einen niedrigen Gütefaktor) => Resonanzen
weniger deutlich, der Frequenzgang ist flacher
Raumakustik

Alexis Baskind
-0.10
0.00
0.10
Volts/Volts
0 100 200 300 400 500
Time (ms)
Impulse Response
-0.10
0.00
0.10
Volts/Volts
0 100 200 300 400 500
Time (ms)
Impulse Response
-0.10
0.00
0.10
Volts/Volts
0 100 200 300 400 500
Time (ms)
Impulse Response
Amplitudengang (Frequenz) Impulsantwort (Zeit)
wenigerresonant
(=Q-Faktorniedrig)
mehrresonant
(=Q-Faktorhoch)
Raumakustik
Verhalten einer einzelnen Mode in Frequenz und Zeit, je nach Dämpfung

Alexis Baskind
Beispiel: leerer Raum (ohne Raumakustik-
Maßnahme)
Raumakustik
Quelle: Ethan Winer
Zeit
Frequenz
Pegel

Alexis Baskind
... Mit 12 dünnen Absorber, Typ 703-FRK von Owens Corning
Raumakustik
Quelle: Ethan Winer
Zeit
Frequenz
Pegel

Alexis Baskind
... Mit 12 dünnen Absorber, Typ 705-FRK von Owens Corning
Raumakustik
Quelle: Ethan Winer
Zeit
Frequenz
Pegel

Alexis Baskind
Moden und Frequenzgang
Raumakustik
Der gesamte Frequenzgang im tiefen Bereich besteht aus der Überlappung
der Moden.
Beispiel: berechnete Moden in einem rechteckigen Raum (links: einzelne
Moden, rechts: Überlappung = eingeschätzte Frequenzantwort)
Bildquellen: BBC Research Department Report, Low-Frequency Room Responses

Alexis Baskind
Moden und Frequenzgang
Raumakustik
Vorsicht: die Überlappung der Moden führt manchmal nicht nur
zu konstruktiven sondern auch destruktiven Interferenzen
Pegellöcher im Frequenzgang
Beispiel (Raummoden-Simulation von der
Software “Room EQ Wizard”):
• Die Eigenfrequenzen der Raummoden
sind als farbige Linien gezeichnet
• Bei ca. 44Hz und 52 Hz bestehen
Pegellöcher, das vom großen Abstand
und von destruktiven Interferenzen
zwischen den nebeneinanderliegenden
Moden verursacht wird.
• Bei 62 Hz besteht auch eine Senkung,
obwohl die nächste Mode (63 Hz) an der
Position ziemlich stark ist. Das kann nur
durch destruktive Interferenzen erklärt
werden

Alexis Baskind
Beispiel eines Raumfrequenzgangs
Raumakustik

Alexis Baskind
Beispiel eines Raumfrequenzgangs
Raummoden
Raumakustik

Alexis Baskind
Moden und räumliche Verteilung
Wenn die modale Dichte zu niedrig ist im Tiefenbereich
(kleine Räume), ist der Schalldruckpegel stark abhängig
von der Position der Quelle bzw. des Empfängers
Raumakustik
Quelle: Thomas Görne, “Tontechnik”

Alexis Baskind
Moden und Modale Dichte: Fazit
• Moden können auch miteinander destruktiv interferieren
• Die Lautsprecher- sowie die Abhörposition sind extrem wichtig
für die Linearität der Wiedergabe der tiefen Frequenzen
Es sind also 3 mögliche Gründe für Pegellöcher im Bassbereich:
1. Die Lautsprecher- oder Abhörposition befindet sich an einem
Knotenpunkt einer Raummode
2. Die betroffene Frequenz liegt zwischen 2 Moden mit einem
zu großen Abstand zwischen den Eigenfrequenzen
3. Die betroffene Frequenz liegt zwischen 2 Moden mit einem
zwar geringen Abstand zwischen den Eigenfrequenzen, aber
beide Moden interferieren destruktiv miteinander am
Abhörposition
Raumakustik

Alexis Baskind
Moden und Modale Dichte: Fazit
• Wenn die modale Dichte zu klein ist:
1. gibt es Löcher im Frequenzgang zwischen den Eigenfrequenzen
2. variiert die Amplitude für eine Frequenz sehr stark in
Abhängigkeit mit der Position
• Wenn die modale Dichte groß genug ist:
1. ist der Abstand zwischen den Moden geringer
2. ist die Amplitude für eine bestimmte Frequenz von mehreren
Moden abhängig => geringerer Einfluss der Position, weniger
destruktive Interferenzen, das Raumschallfeld ist immer mehr
diffus
Je größer die modale Dichte, desto besser
• Raummoden sind besonders problematisch in kleinen
Räumen, da die modale Dichte oft zu niedrig im tiefen
Bereich ist
Raumakustik

Alexis Baskind
Schroeder-Frequenz
• Die Schroeder-Frequenz gibt eine Größenordnung der
Frequenzbereich vor, ab der die modale Dichte genügend
ist (>= 3), so dass das Raumschallfeld als diffus betrachtet
werden kann
• Sie kann wie folgt berechnet werden:
• D.h:
– Je größer der Raum, desto kleiner die Schroeder-Frequenz
– Je trockener der Raum, desto kleiner die Schroeder-Frequenz
Kleine Abhörräume müssen ziemlich trocken sein, um die
lineare Verzerrung bei tiefen Frequenzen zu minimieren
Raumakustik
Fs» 2000
T60
V
(T60 ist die Nachhallzeit in diesem Frequenz-Bereich, V ist
das Volumen des Raumes)

Alexis Baskind
Raumgröße und empfohlene Nachhallzeit
Gemäß der ITU-R BS.1116-1 Empfehlung sollte die
durchschnittliche Nachhallzeit von 200 Hz bis 4kHz
(in Terzbändern gemessen) zwischen 0,2s und 0,4s
liegen, je nach Raumvolumen:
(V ist das Raumvolumen in m3)
Raumakustik
RTm = 0.25
V
100
3 (s)

Alexis Baskind
Raumgröße und empfohlene Nachhallzeit
Die ITU-R BS.1116-1 empfiehlt dazu Toleranzgrenzen
für die gemessene Nachhallzeit je nach Terzband:
Raumakustik
RTm

Alexis Baskind
Zeit-Frequenz-Betrachtung
• Beide Modelle (Zeit und Frequenz) können wie folgt
zusammengefasst werden
Frequenz
Zeit
Raummoden
Frühe Reflektionen
Diffuser Nachhall
Raumakustik
Steigende
Dichte der
Reflektionen
Steigende modale Dichte
Schroeder-Frequenz

Alexis Baskind
Wasserfalldiagram
• Das Wasserfalldiagramm ist eine Zeit-Frequenz-Darstellung der
Raum-Impulsantwort:
Frequenz (Hz) Zeit (ms)
Pegel (dB)
Raumakustik

Alexis Baskind
Wasserfalldiagramm
• Der Wasserfalldiagram zeigt sehr deutlich die
Frequenzabhängigkeit der Nachhallzeit (siehe
später)
• Für kleine Räume werden die Raummoden auch
damit deutlich dargestellt
• Es ist insgesamt informativer als den Frequenzgang
(weil die zeitliche Entwicklung des Spektrums
dargestellt wird)
• Nachteil: die zeitliche Auflösung ist sehr gering.
Unter anderem sind die Reflektionen nicht zu
erkennen
Raumakustik

Alexis Baskind
Raumakustik-Planung
• Die Raumakustik-Planung benötigt vor allem eine
Bestimmung der gewünschten Nachhallzeit.
• Die gewünschte Nachhallzeit ist von der Nutzung des
Raumes (Aufnahmeraum, Abhörraum, Konzertsaal,
Unterrichtsraum usw.) abhängig. Es gibt für alle Räume
unterschiedliche Empfehlungen: ein Regieraum wird z.B.
typischerweise wesentlich trockener als ein Aufnahmeraum
geplant
• Nach der Nachhallzeit, den Maßen des Raumes und der
Baumaterialien (Beton, Gipskarton, Holz) wird eine Auswahl
von absorbierenden, diffusiven und reflektiven Flächen
berechnet und im Raum positioniert, um die gewünschte
Nachhallzeit zu erreichen und die Akustik zu optimieren
Raumakustik

Alexis Baskind
Berechnung der Nachhallzeit
• Die Vorhersage der Nachhallzeit erfolgt durch (teils emprisische)
Formeln. Die berühmtesten sind die von Sabine (1898) und Eyring
(1920)
=> Sabinische Formel (für niedrige Absorptionsgrade): die Flächen
werden nach Material bzw. Absorptionseigenschaften unterschieden:
… mit: V = Raumvolumen in m3
αi ist der Absorptionsgrad von der Fläche Si
Das Produkt αi.Si wird äquivalente Absorptionsfläche benannt
(Einheit = Sabins).
• Da der Absorptionsgrad frequenzabhängig ist, ist die Nachhallzeit
auch frequenzabhängig
Raumakustik
𝑇60 ≈ 0.161
𝑉
𝛼𝑖 𝑆𝑖𝑖

Alexis Baskind
Absorptionsgrad typischer Materialien
Raumakustik

Alexis Baskind
Frequenzabhängige Nachhallzeit
• Die Nachhallzeit ist typischerweise größer bei tiefen
Frequenzen, da die meisten Absorber bei großen Wellenlängen
nicht effizient sind:
Raumakustik
Beispiel: Nachhallzeit in Abhängigkeit von der Frequenz für drei Konzertsäale

Alexis Baskind
Raumakustik-Absorber
• Die Absorber werden üblicherweise in drei Kategorien aufgeteilt
Raumakustik
. Poröse Absorber
(=Schallschnelle-
Absorber)
=> Können auch als
Breitbandabsorber
wirken, wenn sie dick
genug sind
1/ Resonanz-Absorber (=Schalldruck-Absorber)
. Plattenschwinger (Membranabsorber,
Panelabsorber)
. Helmholtz-Absorber: Lochplatten- und
Schlitzplattenabsorber
2/ „Tube traps“
(3/ aktive Bassfallen)

Alexis Baskind
Poröse Absorber
• Poröse Absorber sind Schallschnelle-Absorber: sie wirken
am besten an den Stellen, wo die Schallschnelle maximal
ist
• Die Schallschnelle ist maximal, wenn der Schalldruck bei 0
liegt
Raumakustik
• Für stehende Wellen bedeutet es, dass
die maximale Wirkung für einen
Abstand mit der Wand von λ/4, 3λ/4,
5λ/4, usw. stattfindet
In blau: Schalldruck
In rot: Schallschnelle

Alexis Baskind
Poröse Absorber
Dies bedeutet: bezüglich der Dicke des Absorbers wird die
untere Grenzfrequenz bestimmt
Raumakustik
In rot: Schallschnelle für Stehende Wellen mit verschiedenen Wellenlängen
In grau: poröse Absorber
Hohe Frequenzen: mehrere Maxima der Schallschnelle
befinden sich im Absorber => maximale Wirkung
Grenzfrequenz: das erste Maximum der Schallschnelle
befindet sich an der Oberfläche
Tiefe Frequenzen: Maximum der Schallschnelle
außerhalb des Absorbers => geringere Wirkung

Alexis Baskind
Poröse Absorber
Dies bedeutet: bezüglich der Dicke des Absorbers wird die
untere Grenzfrequenz bestimmt
Raumakustik
Beispiel: simulierter Absorpsionsgrad für zwei unterschiedliche Dicken
(Quelle: www.acousticmodelling.com)

Alexis Baskind
Poröse Absorber
Raumakustik
Höhenabsorber
Höhenabsorber mit erhöhter
Absorptionsfläche
Kantenabsorber: oft als Tiefenabsorber verkauft, aber
typischerweise eher bei 100-200 Hz wirkend und kaum
effizient im Tiefenbereich

Alexis Baskind
Poröse Absorber
Eine Möglichkeit um die Wirkung im tiefen Bereich zu erweitern
besteht darin, einen Abstand mit der reflektierenden Fläche zu
halten => z.B. für Deckenabsorber nützlich
Raumakustik
In Rot: Schallschnelle für Stehende Wellen mit verschiedenen Wellenlängen
In Grau: poröse Absorber
Hohe Frequenzen: mehrere Maxima der Schallschnelle
befinden sich im Absorber => gute Wirkung (allerdings von
der Wellenlänge abhängig)
Geringere (aber nicht nulle) Wirkung
Wieder maximale Wirkung, da das erste Maximum der
Schallschnelle in der Mitte des Absorbers liegt
Hohlraum
(Luft)

Alexis Baskind
Poröse Absorber
Raumakustik
Beispiel: simulierter Absorptionsgrad mit und ohne Hohlraum
(Quelle: www.acousticmodelling.com)
Poröse Absorber mit Abstand von der reflektierenden Fläche

Alexis Baskind
Resonanz-Absorber
• Resonanz-Absorber sind Schalldruck-Absorber: sie wirken
am besten an den Stellen, wo der Schalldruck maximal ist:
das heißt an den Wänden, Kanten und Ecken
• Resonanz-Absorber sind harmonische Oszillatoren, und
funktionieren mit einem ähnlichen Prinzip wie ein Masse-
Feder-System, das heißt:
– Die Absorption erfolgt durch Reibung. Ohne Reibung wird die
Energie bei der Resonanz-Frequenz sogar verstärkt
– Die Resonanzfrequenz:
• steigt mit der Federkonstante (Steifigkeit)
• sinkt mit steigender Masse
• sinkt mit steigender Reibung
– Die Bandbreite steigt mit der Reibung
Raumakustik

Alexis Baskind
Plattenabsorber
Raumakustik
Quelle: Heinrich Kuttruff,
“Room Acoustics”
• Plattenabsorber (auch Membranabsorber
oder Plattenschwinger genannt) bestehen aus
einer dünnen schwingenden Platte
(typischerweise aus Holz), die in einem
Abstand von der Decke bzw. der Wand
montiert wird. Der Hohlraum ist luftdicht und
teilweise mit Dämmmaterial ausgefüllt
• Die Masse ist die Masse der Platte
• Die Steifigkeit wird von der Luft und vom
Dämmstoff im Hohlraum bestimmt, und
teilweise auch von der Elastizität der Platte
und der Befestigung
• Die Reibung entsteht teilweise im Holz aber
großenteils im Dämmstoff

Alexis Baskind
Loch- und Schlitzplattenabsorber
Raumakustik
Quelle: Heinrich
Kuttruff, “Room
Acoustics”
• Loch- und Schlitzplattenabsorber
funktionieren nach dem Prinzip des
Helmholtz-Resonators: die Platte schwingt
nicht, sondern die Luft in den Öffnungen
• Die Resonanzfrequenz ist von der
Geometrie (Dicke und Breite der
Öffnungen, Breite des Luftraums) abhängig
Quelle: topakustik.ch

Alexis Baskind
Loch- und Schlitzplattenabsorber
Raumakustik
Perforated Panel with Porous Absorber
Properties of panel Display options
Panel thickness (tp) 6,0 mm 0,236 in Start graph at 62,5 Hz Eq 6.8
Repeat distance (D) 25,0 mm 0,984 in To see the graph in the standard
Hole radius (a) 10,0 mm 0,394 in analysis frequencies, select
Open Area ( ) 50,27% Show subdivisions of "Whole Octaves" and set the
Properties of cavity starting frequency to 62.5Hz
Cavity depth (d) 100,0 mm 3,937 in
Absorber thickness (ta) 10,0 mm 0,394 in
Air space in cavity (d - ta) 90,0 mm 3,543 in This is ignored for the "No Air Gap" plot. Cavity assumed to be filled with absorber.
Absorber flow resisitivity 10 000 rayls/m
This plot is a simplification of reality because it is only calculated for normal incident sound.
2 f
2 /
Eq 5.19
Eq 5.20
Eq 5.11
Eq 5.9
Eq 5.10
Eq 5.26
Eq 5.27
Eq 6.15
Eq 6.26
Eq 1.22
Eq 1.25
Eq 6.22
Eq 6.23
Eq 6.24
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
62,5
70
79
88
99
111
125
140
157
177
198
223
250
281
315
354
397
445
500
561
630
707
794
891
1000
1122
1260
1414
1587
1782
2000
2245
2520
2828
3175
3564
4000
4490
5040
5657
6350
7127
8000
8980
10079
11314
12699
14254
16000
Absorption
Frequency (Hz)
Normal incidence absorption Absorber against panel Absorber against backing No Air Gap
a/
b/
c/
• Die Absorptionseigenschaften hängen auch von der
Position und der Dicke des Dämmstoffs ab

Alexis Baskind
Raumakustik eines Regieraumes
Raumdimensionen
• Sehr wichtig: der Raum sollte eine Symmetrieachse
aufweisen
• Die Lautsprecher sollten dementsprechend
symmetrisch positioniert werden
• Der Raum sollte groß genug sein, so dass:
– die Schröder-Frequenz niedrig genug ist
– die früheren Reflektionen nicht zu früh ankommen (präzise
Ortung benötigt, „boxy sound“ vermeiden)
Nach der ITU-Empfehlung ist 100 m3 (ca. 30 m2 für eine
Höhe von 3 m) das Referenz-Volumen
Unter 17-18 m2 wird die Akustik ziemlich schwierig zu
optimieren, besonders im Bass-Bereich
Raumakustik

Alexis Baskind
• Ein Regieraum sollte nicht zu trocken sein
– Unnatürliche und anstrengende Hörbedingungen
– Der künstliche Nachhall in den Mixes wird übertrieben
– Die Einhüllung (engl. Envelopment) die von den späten
Reflektionen (ab 100ms) erzeugt wird, kann fehlen
• Es sollte aber nicht zu hallig sein
– Präzisionsverlust (Deutlichkeit, Klangbild)
– Verfärbung wenn zu viele frühe Reflektionen
– Moden im Tiefenbereich zu eng
=> Die typische Nachhallzeit im Mittenbereich sollte
zwischen 0.25 und 0.4s liegen, je nach Größe des Raumes
Raumakustik

Alexis Baskind
Laut der ITU-R BS.1116-1 Empfehlung (und ähnliche
wie DIN 15996) ist die Toleranz für die Nachhallzeit
etwas größer im tiefen und hohen Bereich
Raumakustik
Durchschnittliche
gezielte Nachhallzeit

Alexis Baskind
Im Mitten- und Hohenbereich (> 200 Hz)
• Flatterechos sind absolut zu vermeiden:
1. Entweder keine parallelen Wände
2. Oder Absorber bzw. Diffusoren, wo Flatterechos
entstehen
• Flatterechos können auch zwischen Decke und Flur
entstehen:
1. Entweder sollte die Decke nicht waagerecht sein
2. Oder Absorber bzw. Diffusoren, wo Flatterechos
entstehen
Raumakustik

Alexis Baskind
• Zu laute frühe Reflektionen (< 15ms) verursachen
Kammfilterung und Präzisionsverlust des
Stereobilds
• Laut der ITU-R BS.1116-1 Empfehlung:
“Early reflections caused by the boundary surfaces of
the listening room, which reach the listening area
during a time interval up to 15 ms after the direct
sound, should be attenuated in the range 1-8 kHz by
at least 10 dB relative to the direct sound.”
Raumakustik

Alexis Baskind
Die Schwankungen des Frequenzgangs werden großenteils
von den frühen Reflektionen bestimmt (Kammfilter-Effekt)
Raumakustik
Wirkung der frühen Reflektionen
Beispiel: Abmessung
eines Abhörraumes,
Frequenzgang nur für
den direkten Schall

Alexis Baskind
Raumakustik
Beispiel: Abmessung
eines Abhörraumes,
Frequenzgang für den
direkten Schall und die
frühen Reflektionen
bis 1.3 ms

Alexis Baskind
Raumakustik
Beispiel: Abmessung
eines Abhörraumes,
Frequenzgang für die
ganze Impulsantwort

Alexis Baskind
Gemäß der ITU-R BS.1116-1 Empfehlung sollte der
Amplitudengang (in Terzbändern gemessen) innerhalb eines
begrenzten Toleranzbereiches bleiben:
Raumakustik

Alexis Baskind
Beispiel 1: LEDE
• Das LEDE-Konzept (“Live-End-Dead-End”), 1979
erstellt, zielt darauf hin, gleichzeitig die frühen
Reflektionen zu unterdrücken, und genug späte
Diffusion zu behalten
Raumakustik
(Quelle: F.
Rumsey, Spatial
Audio)

Alexis Baskind
Beispiel 2: RFZ
• Durch das RFZ-Konzept („Reflection-free zone“) von 1984
werden die frühen Reflektionen nicht stark absorbiert,
sondern von der Zone um die Mischposition abgelenkt
• Die hintere Wand ist wie bei LEDE diffusiv (und nicht
absorbierend), so dass der Raum nicht zu trocken wird
Raumakustik

Alexis Baskind
Entfernungshören in einem Raum
• In einem Raum wird die Entfernung zur
Schallquelle großenteils durch die folgenden
Eigenschaften eingeschätzt (siehe früher):
– Der Direktschall-Hall-Pegelabstand: je leiser der
Direktschall im Vergleich zum Nachhall, desto weiter
weg wird die Quelle geortet
– Die Anfangszeitlücke (initial time delay gap): je kürzer
das ITDG, desto weiter weg wird die Quelle geortet
– Die Einfallsrichtung der frühen Reflektionen: wenn die
frühen Reflektionen von vorne ankommen wird die
Quelle weiter weg geortet werden, als wenn sie seitlich
ankommt
Raumakustik

Alexis Baskind
Wahrnehmung der Raumgröße
• Die Wahrnehmung beruht auf zwei Informationen,
um die Raumgröße einzuschätzen:
– Die Nachhallzeit ist am wichtigsten
– Die zeitliche Verteilung der früher Reflektionen
Raumakustik
Ein Hallraum ist ein kleiner, aber
sehr halliger Raum. Er ist dafür
konzipiert, den Nachhall größerer
Räume zu simulieren, aber
funktioniert nur gut, wenn die ersten
Reflektionen gestreut oder von den
Mikrofon abgelenkt werden

Alexis Baskind
Klarheit, Deutlichkeit
• Die Deutlichkeit (für die Sprache) und die Klarheit (für
die Musik) sind von verschiedenen Faktoren abhängig:
– der Menge von Reflektionen nach der Echoschwelle:
typischerweise 20-30 ms für Perkussionen, 50-60 ms für die
Sprache, 80-100 ms für Signale ohne deutliche Transienten.
Frühe Echos können die Klarheit deutlich beschädigen!
– dem Direktschall-Hall-Pegelabstand: wegen Verdeckung
kann die Klarheit vom Nachhall gestört werden
– Einfallsrichtung: Reflektionen, die von derselben Richtung
wie der direkte Schall ankommen, beschädigen die Klarheit
mehr als die seitlichen Reflektionen (Cocktail-Party-Effekt,
Kammfiltereffekt)
Raumakustik

Alexis Baskind
Klarheit, Deutlichkeit
• Beispiele (von David Griesinger)
• Dry speech
– Note the sound is uncomfortably close
• Mix of dry with early reflections at -5dB.
– The mix has distance (depth), and is not muddy!
– Note there is no apparent reverberation, just depth.
• Same but with the reflections delayed 20ms at -5dB.
– Note also that with the additional delay the reflections begin to be heard as discrete
echos.
• But the apparent distance remains the same.
• Same but with the reflections delayed 50ms at -3dB
– Now the sound is becoming garbled. These reflections are undesirable!
– If the speech were faster it would be difficult to understand.
• Same but with reflections delayed 150ms at -12dB
– I also added a few reflections between 20 and 80ms at a level of -8dB to
smooth the decay.
– Note the strong hall sense, and the lack of muddiness.
Raumakustik

Alexis Baskind
Wahrgenommene Schallquellenbreite
• Die wahrgenommene Breite der Quelle (engl.
Apparent Source Width, ASW) ist mit der
Lokalisationsunschärfe eng verbunden
• Eine Punktschallquelle in einem trockenen Raum wird
präzis lokalisiert => als eng wahrgenommen
• Die Zufügung von frühen seitlichen Reflektionen (vor
80 – 120 ms) verwackelt die Laufzeit- und
Pegelinformationen und verursacht eine (nicht
unbedingt unerwünschte) Verbreiterung des
Hörereignisses
• Frontale Reflektionen haben nur eine Wirkung auf die
Klangfarbe
Raumakustik

Alexis Baskind
Einhüllung
• Einhüllung (engl. „Envelopment“) ist das Gefühl, innerhalb
des Nachhallfelds zu sein
• Es wird von späten seitlichen Reflektionen (nach 100-200
ms) verursacht
Raumakustik
bis ca. 100 ms:
Verbreiterung
ca. 100-200
ms:
Einhüllung
Wahrnehmung des Raumes
Zeit
Wahrnehmung der Quelle

Alexis Baskind
Klangfarbe des Nachhalls
• Die Klangfarbe des Nachhalls („dark hall“, „warm
room“, „bright stage“, usw.) ist vom Verhältnis der
Nachhallzeit zwischen den tiefen, mitten und
hohen Frequenzen abhängig:
– Für einen „dunklen“ Raum („dark“) ist die Nachhallzeit
relativ lang in den tiefsten Frequenzen
– Für einen „warmen“ Raum ist die Nachhallzeit in den
unteren tiefen Frequenzen typischerweise länger als in
den tiefsten und hohen Frequenzen
– Ein „heller“ Raum („bright“) weist eine ausgeglichene
Nachhallzeit zwischen tiefen und hohen Frequenzen
auf
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