Raumakustik: Das Studio, der Eierkarton, die Absorber und Architektur

Für jeden Hobby-Recordisten und alle, die es mindestens etwas enthusiastischer betreiben, stellt sich irgendwann Fragen nach der richtigen Position der Monitore, Absorber bzw. Diffusor, Bassfallen oder gar für die Architektur ganzer Regien und Aufnahmeräumen. Ob du nun nach einfachen und günstigen Lösungen suchst um die Akustik nur etwas zu verbessern, oder nach der professionellen High-End-Lösung, hier haben wir alles nötige Wissenswertes für euch zusammengefasst.

Inhalt:

Der praktische Sinn von Eierkartons im Studio

Ruhe, bitte! – Klimatechnik im Studio

Schallschutz und Bauakustik – Enjoy the Silence

Schallschutz und Bauakustik zweiter Teil – Konstruktive Möglichkeiten im Studio Bau

Entzerrung von Regielautsprechern – Was nicht passt, wird passend gemacht

Raumakustik in Mehrkanaltonregien – Das Runde muss in das Eckige

Keine Kompromisse – Rechtliche und bauliche Grundlagen des Schallschutzes

Die Suche nach der idealen Raumform – Symmetrie ist die Kunst der Naiven …

Verbesserte Wiedergabe tiefer Frequenzen – Bass-Management

Breitbandabsorber – Die Menge allein macht’s nicht

Der Aufnahmeraum zu Hause – Von Wandschränken und Raummoden

Ausbau einer Regie – Studiobau in einem ehemaligen Büroraum

Absorption vs. Diffusion – Grundlagen für Homestudios

Raumakustik im DIY-Studio – Expertentipps von Markus Bertram (mbakustik)

Der tieffrequente Bereich – Was tun, wenn´s dröhnt?

Was tun, wenn’s dröhnt? – Etwas Raum für Akustik

Warum nicht im eigenen Wohnzimmer mischen? – Flatterechos, Kammfilter und Raummoden

Der praktische Sinn von Eierkartons im Studio

Ostern ist vorbei. Die letzten Eier sind gegessen. Was bleibt übrig? Jede Menge Eierkartons. In jedem zweiten Akustik-Forum steht: „Eierkartons sind gut für die Akustik.“ In der professionellen Studiotechnik ist der Eierkarton allerdings mittlerweile zu einem Sinnbild für alles geworden, was zwar irgendetwas tut – nur eben nicht das, was es soll!

Die optische Erscheinung ist natürlich auch eher bedenklich. Das bleibt aber dem Einzelnen überlassen. Und wer schon mal ein Feuerzeug an einen Eierkarton gehalten hat, wird sich in einer Eierkartonhöhle auch nicht mehr so richtig entspannen können. Häufig wird vermutet, man könne durch die Verkleidung der Wände mit jeder Menge Eierkartons die Schallpegeldifferenz zu den anliegenden Räumen erhöhen, also die beim Nachbarn auftretenden Schallpegel reduzieren. Nur: der Nachbar profitiert davon nicht im Geringsten. Denn die Schalldämmung der Wände erhöht sich durch das Aufkleben, Aufschrauben oder jede andere Art der Befestigung der Eierkartons überhaupt nicht nennenswert.

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Studioakustik – Planung & Bau eines Studiokomplexes – Markus Bertram

In dieser Episode ist Akustikspezialist Markus Bertram von mbakustik zu Gast. Mit ihm sprechen wir über die Planung und den Bau eines kürzlich fertiggestellten Studiokomplexes in Frankfurt am Main. In einer Büroimmobilie mitten im Westend entstanden dabei fünf Regieräume und eine Vocal Booth. Das Team von mbakustik war für die Planung des akustischen Ausbaus, die Realisierung der Schallschutzschalen sowie den raumakustischen Ausbau verantwortlich und hat die Inbetriebnahme des Studios begleitet. Im Gespräch dokumentiert Markus Schritt für Schritt die Entstehung des Studios, angefangen von der Herangehensweise, der Planung bis über den akustischen Ausbau und Messungen hin zur Fertigstellung. Viel Spaß beim Hören! 

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Eierkartons: akustisch vermessen

Also bleibt die Frage: Was tut der Eierkarton im Studio eigentlich aus akustischer Sicht? Grund genug, die Sache einmal mit professioneller Messtechnik anzugehen. Das raumakustische Verhalten von Bauteilen wird durch ihren Absorptionsgrad und ihren Diffusionsgrad beschrieben. Der Absorptionsgrad wird im Hallraum bestimmt, einem Raum, der im Sinne einer möglichst großen Diffusität zueinander nicht parallele, hoch reflektierende Wände besitzt und der folglich eine sehr lange Nachhallzeit aufweist. Man bestimmt die Nachhallzeit im leeren Raum, trägt dann einige Quadratmeter des zu prüfenden Materials in den Raum, misst nochmal die Nachhallzeit und berechnet aus der Veränderung der Nachhallzeit den Absorptionsgrad des zu prüfenden Materials.

Das Ergebnis der Messung ist in unserer Grafik dargestellt (rote Kurve). Der Verlauf des Absorptionsgrades der Eierkartons ist mehr als dürftig. Außer einer sehr ungünstigen Überhöhung bei 1 kHz tritt nur im hochfrequenten Bereich Absorption auf. Um einen auch nur annähernd ausgeglichenen Verlauf der Nachhallzeit in einem Raum zu erreichen, ist ein Material mit einem derartigen Absorptionsverhalten völlig ungeeignet. Zum Vergleich ist als blaue Kurve der Absorptionsgrad eines Breitbandabsorbers concept-A light wave (mit ebenfalls 5 cm Bautiefe) eingetragen.

Aber: der Eierkarton erzeugt Diffusion. Zumindest im hochfrequenten Bereich. Diffusion bedeutet Streuung und wird in professionellen Studios durch spezielle Diffusoren erzeugt.Trifft eine Schallwelle auf eine diffuse Oberfläche, so wird die Schallwelle nicht geometrisch, also unter Ausfallswinkel = Einfallswinkel reflektiert, sondern die Schallenergie wird in unterschiedliche Richtungen verteilt. Dadurch wird die Diffusität des Schallfeldes erhöht. Das bedeutet, die Verteilung der Schallausbreitungsrichtungen im Diffusfeld wird ausgeglichener, der Nachhallverlauf wird homogener. Außerdem lässt sich z. B. eine störende Reflexion von einer Oberfläche oder ein Flatterecho zwischen zwei parallelen Wänden ohne Absorption vermeiden.

Diffusion statt Reflexion

Für die Konstruktion von Diffusoren gibt es unterschiedlichsten Konzepte. Die Möglichkeiten von einfachen Sägezahnstrukturen Strukturen mit Halbkugeln Halbzylindern bis hin zu gefalteten die auf komplexen mathematischen basieren.

Allerdings ist die streuende Wirkung von Oberflächen in ihrem Frequenzbereich begrenzt. Die geometrischen Abmessungen müssen der Größenordnung der Wellenlänge der zu streuenden Schallwelle liegen. Diffusoren sind daher in ihrer Bandbreite wesentlich uneffektiver als Breitbandabsorber. Das bedeutet, im Vergleich eines Diffusors mit einem Breitbandabsorber gleicher Bautiefe erreicht der Breitbandabsorber eine wesentlich tiefere Grenzfrequenz. Bei einer Frequenz, bei der der Absorber bereits nahezu die gesamte Energie der auftreffenden Schallwelle in Wärme umsetzt, erscheint die Oberfläche des Diffusors gleicher Bautiefe für die Schallwelle immer noch als glatte Wand. Die Schallwelle wird ungehindert reflektiert.

Strukturen mit guten streuenden Eigenschaften lassen sich durch eine Aneinanderreihung von streifenförmigen Kammern aufbauen, deren Tiefen bestimmten mathematischen Folgen entsprechen. Zu diesen Strukturen gehören die Schroeder-Diffusoren wie Maximalfolgendiffusoren oder quadratische Residuen-Diffusoren sowie die Primitive-Root-Diffusoren. Unser Schnitt zeigt schematisch einen quadratischen Residuen-Diffusor. Die Funktion dieser Diffusoren hängt sehr stark von der Anordnung der einzelnen Kammern ab. Auch wenn die Tiefe der einzelnen Kammern auf den ersten Blick zufällig erscheint, folgt sie doch einer strengen mathematischen Folge. Die untere Grenzfrequenz lässt sich durch die Erhöhung der Tiefe der Kammern nach unten verschieben.

Die notwendigen Bautiefen liegen in der Größenordnung der halben Wellenlänge der noch zu streuenden Schallwellen. Die Bandbreite der Diffusoren lässt sich durch die Anzahl der Kammern steuern. Für die Konstruktion der Diffusoren kommen alle schallharten Materialien in Frage, also Holz, Stein, Glas, Metall, Gipskarton etc. Da die Streuwirkung von solchen eindimensional gefalteten Strukturen auch nur eindimensional ist, werden häufig auch zweidimensional gefaltete Strukturen eingesetzt. Ein solcher 2D-Diffusor ist hier ebenfalls schematisch dargestellt. Daneben besteht die Möglichkeit, Diffusion durch Impedanzsprünge von Oberflächen zu erzeugen, z. B. durch die gezielte Anordnung von Helmholtzresonatoren, was allerdings eine weitaus komplexere Theorie erfordert.

Was tun ohne Kronleuchter?

In frühen Konzert- und Theatersälen wurde die notwendige Diffusität des Schallfeldes durch die aufwendige Gestaltung der Oberflächen mit Ornamenten und Statuen und durch Streukörper wie monströse Kronleuchter geschaffen. Da durch die moderne Architektur mit ihren in der Regel schlichteren geometrischen Formen derartige Strukturen weitestgehend verloren gegangen sind, ist es durchaus zweckmäßig, durch gezielte Maßnahmen die Diffusität des Schallfeldes eines Raumes zu unterstützen. Im Studiobau ist die Verwendung von speziellen Diffusoren in der Regel nicht zwingend erforderlich, da bei günstiger geometrischer Gestaltung und geeigneter Verteilung der absorptiven Oberflächen bereits ausreichende Diffusion erreicht wird. Dennoch sind Diffusoren in vielen Fällen eine Möglichkeit, die klanglichen Eigenschaften eines Raumes zu verbessern und sind fester Bestandteil vieler Regieraumkonzepte. Allerdings gibt es dafür weit bessere (und weniger brennbare) Lösungen als Eierkartons.

 

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Raumakustik: Ruhe, bitte! – Klimatechnik im Studio

 

Ruhe ist eine der grundlegendsten Voraussetzungen – für hochwertige Tonaufnahmen genauso wie für eine zuverlässige und stressfreie Abhörsituation im Regieraum. Doch leider wird die Ruhe häufig durch Immissionen der unterschiedlichsten Quellen gestört. Störquelle Nr. 1 ist in vielen Studios die eigene Klimaanlage. Daher wollen wir uns in dieser Folge mit ein paar grundlegenden Gedanken zur Klimatisierung von Studioräumen befassen.

Spektrale Verteilung beobachten

Im Bereich der „zivilen” Akustik werden Ruhegeräuschpegel meist durch den A-bewerteten Schalldruckpegel beschrieben. Dabei kommt es häufig dazu, dass tonale Anteile, die durch die Summierung unterbewertet werden, überhaupt nicht erfasst werden. Die spektrale Zusammensetzung des Geräusches wird nicht ausreichend betrachtet. Im Studio – speziell im Aufnahmeraum – können tonale Anteile aber schon bei relativ niedrigen Schalldruckpegeln zu erheblichen Beeinträchtigungen der Aufnahmequalität führen. Zur Beschreibung von Ruhegeräuschpegeln verwendet man daher in Studioräumen in der Regel keine Summenschalldruckpegel in dB(A), sondern vergleicht das tatsächlich auftretende Schallpegelspektrum mit Grenzkurven, die in keinem Frequenzband überschritten werden dürfen. Dadurch wird die spektrale Verteilung des Geräusches wesentlich besser in die Beurteilung mit einbezogen.

Im Diagramm sind die Grenzkurven gemäß DIN 15996 dargestellt. Zweckmäßige Anforderungen sind GK 5 bis GK 15 für Regieräume und für Aufnahmeräume GK 0 bis GK 15 (je nach Art der dort aufzunehmenden Schallquellen).

Natürlich ist das nur eine Empfehlung, an die ich mich in meinem eigenen Studio nicht halten muss. Häufig wird diese Empfehlung auch als „die Anforderung der Öffentlich-Rechtlichen” als völlig überzogen und als unnötig abgetan. Letztlich zeigt jedoch die Erfahrung immer wieder, dass die Anforderungen für solche Räume, in denen professionelle Aufnahmen erstellt werden sollen, durchaus angemessen sind. Und wenn man sich dann noch klar macht, dass Signale in vielen Fällen bei der Wiedergabe gegenüber der Aufnahme im Pegel noch angehoben werden, also mit höherem Pegel wiedergegeben werden, als sie aufgenommen wurden, und dabei natürlich auch das mit aufgenommene Ruhegeräusch des Aufnahmeraumes entsprechend mit angehoben wird, dann wird einem schnell die Bedeutung dieser Anforderungen klar.

Kühlgeräte kapseln

Klimatechnik ist immer ein leidiges Thema im Studiobau: Man sieht sie nicht. Und man hört sie im Idealfall auch nicht. Aber sie kostet Geld. Und nicht zu wenig. Daher ist es gerade hier extrem wichtig, eine intelligente und an die Bedürfnisse angepasste Konzeption zu finden, die vielleicht ein bisschen mehr geistige Anstrengung erfordert, als die Klimatisierung eines Supermarkts.

Studioräume sind durch ihre mehrschaligen Konstruktionen hoch wärmegedämmte Räume und was in den Räumen an Wärmelasten auftritt, liegt weit jenseits dessen, was in gewöhnlichen Räumen mit vergleichbarem Volumen anfällt. Ein großes Mischpult kommt schon mal auf eine Leistung von über 3 kW. Zum Vergleich: Ein kleiner Heizlüfter hat eine Heizleistung von 2 kW (!). Dazu kommt jede Menge an Outboard-Equipment, Beleuchtung usw. Die Wärmeleistung, die von den Personen abgestrahlt wird, die sich im Raum aufhalten, kann dagegen ohne weiteres vernachlässigt werden. Falls möglich, sollte erst einmal alles, was übermäßig heizt, in den Maschinenraum verbannt werden. Nur gibt es in vielen Fällen leider gar keinen Maschinenraum und bestimmte Dinge, z. B. das Mischpult, kann man nicht auslagern.

Die Temperatur der Luft, die in den Raum geblasen wird, lässt sich nicht beliebig absenken, und die Luft im Raum darf sich auch nicht zu sehr erwärmen. Folglich bleibt, um eine große Wärmeleistung abzutransportieren, nur, große Luftmengen durch den Raum zu befördern. Da aber große Volumenströme bei kleinen Kanalquerschnitten hohe Strömungsgeschwindigkeiten und damit hohe Strömungsgeräusche bedeuten, wachsen die notwendigen Kanalquerschnitte erheblich an. Die vollständige Klimatisierung von Studioräumen ist daher eine sehr kosten- und platzintensive Sache. Und nun ist es auch nicht unbedingt zweckmäßig, durch die gerade aufwendig mehrschalig erstellten Wände und Decken Quadratmeter große Löcher zu bohren, um die Kanäle der Klimaanlage hindurchzuführen, die zwar entsprechend entkoppelt und hoch schalldämmend ausgeführt werden können, aber natürlich in jedem Fall so klein wie möglich gehalten werden sollten. Deswegen haben sich im Studiobau in letzter Zeit mehr und mehr hybride Konzepte mit separaten Lüftungs- und Kühlgeräten durchgesetzt. Dadurch lassen sich die durch den Raum transportierte Frischluft und damit auch der Querschnitt der Kanäle auf ein notwendiges Minimum reduzieren. Die von der Technik produzierte Wärmeleistung wird durch Kühlgeräte im Raum aufgenommen und über Kühlmittelleitungen nach draußen geleitet. Damit der Lärm, den die Kühlgeräte im Raum erzeugen, da sie natürlich von Haus aus nicht für Studioräume konzipiert sind, nicht zu Störungen führt, sollte man die Geräte im Raum wiederum schalldämmend kapseln, was sich in den meisten Fällen problemlos in die raumakustischen Aufbauten integrieren lässt. Wenn die Möglichkeit besteht, in Pausen über Außenfenster zu lüften, entfällt die Lüftungsanlage häufig auch komplett und die Klimaanlage reduziert sich auf ein Kühlgerät.

Geräusche minimieren

Prinzipiell sollte man alle Anlagenteile, die nicht unbedingt durch die Studioräume verlaufen müssen (weil sie der direkten Anbindung der Räume dienen), von empfindlichen Räumen fernhalten. Wichtig ist, bei der Installation darauf zu achten, dass nichts klirrt, dröhnt, scheppert oder sonstige Geräusche von sich gibt. Blechkanäle müssen entdröhnt und Hohlräume bedämpft werden. Alle Anlagenteile, die Schwingungen erzeugen, müssen entkoppelt gelagert werden. Dafür gibt es in den meisten Fällen Empfehlungen des Herstellers, die man bei Bedarf noch an die Anforderungen im Studio anpassen muss. Auch die Körperschallübertragung zwischen Räumen (z. B. über Heizleitungen) sollte man nicht unterschätzen. Wasserleitungen sollten, falls sie denn unbedingt durch die Studioräume verlaufen müssen, schalldämmend ummantelt werden.

Wenn die Klimaanlage Probleme macht, bedeutet das meistens eine aufwendige Ursachenforschung. Bei falsch dimensionierten Lagern von Maschinen, die zu störenden Körperschallübertragungen führen, oder bei einer nicht ausreichenden Dimensionierung der Schalldämpfer hilft nur ein Umbau. In vielen Fällen sind es aber auch ganz einfache Hilfsmittel, die Abhilfe schaffen. Häufige Ursache für Probleme sind Resonanzen von einzelnen Blechen oder Kanalstücken, die durch den Luftschall im Raum zum Schwingen angeregt werden und dann durch ihr eigenes Nachschwingen die Aufnahme stören. Entdröhnmatten, wie man sie aus dem Karosseriebau kennt, reichen aus, um sich die ersehnte Ruhe zu verschaffen.

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Raumakustik: Schallschutz und Bauakustik – Enjoy the Silence

 

Anders als bei der Raumakustik geht es nun bei der Bauakustik nicht mehr um die Dinge, die die klanglichen Eigenschaften eines Raumes beeinflussen, sondern um die Schallemissionen aus den Studioräumen nach außen und die Schallimmissionen von außen in die Studioräume. Die aus der „zivilen” Bauakustik bekannten Anforderungen und Konstruktionen lassen sich im Studiobau nur bedingt anwenden. In den meisten Fällen sind die beim Studiobetrieb auftretenden Schalldruckpegel zu hoch, vor allem aber auch die Anforderungen an die maximalen Ruhegeräuschpegel zu streng. Die Anforderungen an die bauakustischen Konstruktionen werden im Einzelfall durch die notwendigen Schallpegeldifferenzen zwischen einem Raum und seiner Umgebung bestimmt.

Schutz gegen Störungen von innen und außen

Die erste Überlegung gilt natürlich dem Schutz der eigenen Studioräume, vor allem der Aufnahmeräume gegenüber Immissionen von außen. Besonders wichtig ist dabei die Einbeziehung von Körperschallübertragung die von Quellen ausgeht, die im Gebäude weiter entfernt oder sogar außerhalb des Gebäudes liegen können, wie Kompressoren von Klimaanlagen oder nahe gelegenen Bahnlinien. Die maximal zulässigen Schalldruckpegel werden für Studioräume in der Regel nicht in Form von Summenschalldruckpegeln angegeben, sondern in spektraler Form durch nicht zu überschreitende Grenzkurven festgelegt. Grenzkurven für die maximal zulässigen Ruhegeräuschpegel in Aufnahme- und Regieräumen sind z. B. in DIN 15996 „Bild und Tonbearbeitung in Film-, Video- und Rundfunkbetrieben” angegeben. Geht es nun nicht darum, die eigenen Studioräume vor Immissionen von außen zu schützen, sondern sich selbst vor juristischen oder tätlichen Angriffen genervter Nachbarn zu bewahren, stellt sich natürlich die Frage: „Wie viel Lärm darf ich meinem Nachbarn eigentlich antun?”

Die Frage ist nicht in einem Satz zu beantworten. Lärm, ob nun von krähenden Hähnen, kreischenden Sägen, dröhnenden Flugzeugen, läutenden Kirchenglocken oder ratternden Rasenmähern gehört zu den Hauptstreitpunkten, die unsere Gerichte beschäftigen. Ob ein Geräusch als Belästigung empfunden wird, hängt nun mal nicht nur vom Schalldruckpegel oder von psychoakustisch bewertbaren Größen (wie der Lautheit oder der Lästigkeit des Geräusches) ab, sondern vor allem auch von der Einstellung des Einzelnen zum Geräusch und zur Quelle, von der das Geräusch ausgeht. Grundsätzlich ist zunächst eine Unterscheidung nach rechtlicher Stellung des Studios zu treffen: Lärm, der von gewerblichen Anlagen ausgeht, ist Gewerbelärm. Regelungen zum Gewerbelärm enthält die TALärm (Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm), eine Verordnung zum Bundesimmissionsschutzgesetz. Die TALärm ist bundesweit gültig und enthält klare Vorgaben für zulässige Immissionswerte. Zum privaten Nachbarschaftslärm dagegen existieren keine bundeseinheitlichen gesetzlichen Regelungen. Die Informationsquellen reichen von den Landesimmissionsschutzgesetzen der Bundesländer über Regelungen der Gemeinden und Hausordnungen bis hin zum Bürgerlichen Gesetzbuch. In DIN 4109 „Schallschutz im Hochbau” sind Anforderungen an die Akustik von Gebäuden festgelegt, die in der Regel ausreichend sind, um Menschen in ihren Wohnräumen vor unzumutbaren Belästigungen durch Schallübertragung aus angrenzenden Bereichen zu schützen.

Grundlage für diese Anforderungen ist die Nutzung der Räume durch Sprache, Musik usw. bei Zimmerlautstärke, aber bereits der Begriff „Zimmerlautstärke” lässt natürlich beliebig Spielraum für Diskussionen und nicht nur die in Studios und Übungsräumen auftretenden Schallpegel überschreiten die hier betrachteten Pegel häufig bei weitem, was in der Regel zu Belästigungen der Anwohner führt. Ist für den gestörten Nachbarn der Dialog mit dem Verursacher nicht fruchtbar, ist der nächste Ansprechpartner die Ordnungsbehörde, darauf folgt als letzte (legale) Möglichkeit der private Rechtsweg. Aber egal, in welcher rechtlichen Situation ich mich befinde, das Risiko eines Rechtsstreits sollte ich nicht von vornherein in Kauf nehmen, denn die Niederlage in dieser Auseinandersetzung könnte die Einstellung des Betriebs meines Studios bedeuten. Wenn ich es also nicht soweit kommen lassen will, sondern vorher bauliche Maßnahmen treffen möchte, ergibt sich als Grundlage für meine Betrachtungen der maximal zulässige Immissionspegel in meiner Umgebung einerseits und die zu erwartenden Schalldruckpegel innerhalb meiner Räume andererseits. Ein wichtiger Punkt ist dann auch noch die ausreichende Dimensionierung der Bauteile innerhalb des eigenen Studios, um ein störendes Übersprechen zwischen Regie- und Aufnahmeraum und eventuell zwischen separaten Studiobereichen zu vermeiden.

Grundregeln

Die ersten Überlegungen zur Akustik sollte man beim Bau eines Studios nicht erst bei der Festlegung von Wand- und Deckenaufbauten anstellen, sondern bei der Gestaltung des Grundrisses. Ein einfaches Prinzip, das jeder Architekt im Studium mit auf den Weg bekommt, ist: Baue niemals die Toilette der einen Wohnung ans Schlafzimmer der anderen Wohnung. Das Grundprinzip, laute Räume von empfindlichen Räumen zu trennen, lässt sich ohne Einschränkung auf den Studiobau übertragen, was dann bedeutet, nicht unbedingt das Mischkino neben den Geräuschemacher und den Aufnahmeraum, in dem man Schlagzeug aufnehmen möchte, neben das Schlafzimmer der Nachbarn zu legen. Steht der Grundriss fest, kann ich entsprechend den erforderlichen Schallpegeldifferenzen die Wand- und Deckenaufbauten festlegen: einschalige und mehrschalige Bauteile, massive Bauteile, Trockenbauwände, schwimmende Estriche, Vorsatzschalen, Sandfüllungen, Bleieinlagen, Elastomerlager und Stahlfedern. Die Möglichkeiten, Wände und Decken hochschalldämmend zu gestalten sind vielfältig.

Türen und Fenster müssen dabei genauso in die Betrachtungen einbezogen werden wie die Schallübertragung über Kabelkanäle und Klimarohre. Die Schallübertragung von einem Raum in einen angrenzenden findet aber nicht ausschließlich über das trennende Bauteil selbst, sondern zu einem erheblichen Teil auch über die angrenzenden, die so genannten flankierenden Bauteile statt. Betrachte ich also die Schallübertragung zwischen zwei nebeneinander liegenden Räumen, muss ich in die Überlegungen nicht nur die Trennwand selbst, sondern auch den Boden, die Decke und die längs verlaufenden Wänden mit einbeziehen. Ich kann die Schalldämmung zwischen zwei Räumen nicht beliebig dadurch steigern, dass ich nur das trennende Bauteil verstärke. Irgendwann ist ein Punkt erreicht, an dem die Flankenübertragung überwiegt und eine weitere Verstärkung des trennenden Bauteils keine weitere Verbesserung der Situation mehr bringt. Das bedeutet, um sehr hohe Schalldämmmaße zu erreichen, muss ich z.B. die Vorsatzschale nicht nur vor die Trennwand, sondern auch vor die längs laufenden Wände setzen, eine abgehängte Decke einziehen und einen schwimmenden Estrich verlegen. Damit bin ich dann bei der Raum-in-Raum-Konstruktion angekommen, einer im Studiobau durchaus üblichen Bauweise. Von größter Bedeutung ist bei der bauakustischen Planung die Betrachtung auch der kleinsten Detailpunkte. Und letztlich entscheidet natürlich auch die Qualität der Ausführung der geplanten Konstruktionen über den Erfolg der Maßnahmen.

 

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Raumakustik: Schallschutz und Bauakustik zweiter Teil – Konstruktive Möglichkeiten im Studio Bau

 

Nach der Einführung zum Thema Schallschutz und Bauakustik geht´s nun weiter mit den konstruktiven Möglichkeiten im Bau.

Grundsätzlich gibt es zwei in der Praxis relevante Möglichkeiten, mit Wand- und Deckenbauteilen hohe Schalldämmmaße zu erreichen: – durch eine hohe Masse des Bauteils oder – durch Erstellen von entkoppelten Schalen, also den Bau von mehrschaligen Decken oder Wänden. Verdoppelt man bei einem einschaligen Bauteil, also z. B. einer Ziegel- oder Kalksandsteinwand oder einer Stahlbetonwand oder -decke die Masse, ergibt sich in einem weiten Frequenzbereich eine Erhöhung des Schalldämmmaßes um etwa 6 dB.

Die Erhöhung der Masse bewirkt also eine, gemessen am damit verbundenen Aufwand relativ geringe, dafür aber eine über der Frequenz betrachtet recht homogene Verbesserung des Schalldämmmaßes. Mehrschalige Bauteile wie Decken mit schwimmenden Estrichen oder abgehängten Decken, massive mehrschalige Wände oder Trockenbauwände sind Feder-Masse-Systeme. Durch die Federwirkung der Luftschicht oder des Dämmmaterials im Schalenzwischenraum kommt es zu einer Interaktion der Schalen. Es ist daher bei Weitem nicht möglich, die Schalldämmmaße der einzelnen Schalen zu addieren. In einem Frequenzbereich deutlich oberhalb der Resonanzfrequenz des Feder-Masse-Systems wird eine (verglichen mit einem einschaligen Bauteil gleicher Gesamtmasse) wesentlich größere Schalldämmung erreicht. Dafür entsteht im Bereich um die Resonanzfrequenz herum ein Einbruch der Schalldämmung. Das bedeutet, das Bauteil wird im betrachteten Frequenzbereich durchlässiger.

Durch eine Bedämpfung des Schalenzwischenraumes durch Dämmmaterial kann der Einbruch im Bereich der Resonanzfrequenz verringert und das gesamte Schalldämmmaß erheblich verbessert werden. Im Bereich deutlich unterhalb der Resonanzfrequenz treten gegenüber dem einschaligen Bauteil gleicher Gesamtmasse in der Regel nur geringe Veränderungen auf.

Die Abbildung zeigt sehr stark vereinfacht den Verlauf des Schalldämmmaßes eines einschaligen Bauteils und eines gleich schweren zweischaligen Bauteils. Die Resonanzfrequenz hängt ab von der Masse der Bauteile und dem Abstand zwischen den Bauteilen bzw. der Federwirkung des Schalenzwischenraumes einschließlich der eingesetzten Dämmmaterialien und eventueller Verbindungsteile. Für tiefe Resonanzfrequenzen ist eine große Masse der Schalen und eine weiche Feder, also im Fall der Luftschicht ein großer Abstand zwischen den Schalen notwendig. Typische Resonanzfrequenzen von zweischaligen Wänden liegen zwischen etwa 100 Hz für sehr leichte Trockenbaukonstruktionen und dem Bereich unterhalb der unteren Hörbereichsgrenze bei 16 Hz für sehr massive Konstruktionen mit großen Schalenabständen.

Die bauakustischen Eigenschaften der Bauteile sind in Datenblättern häufig nicht als spektraler Verlauf des Schalldämmmaßes R bzw. R´, sondern als Einzahlwerte in Form des bewerteten Schalldämmmaßes Rw bzw. R´w dargestellt. Diese Einzahlwerte betrachten nur einen beschränkten Frequenzbereich von 100 Hz bis 3,15 kHz. Der Frequenzbereich unterhalb von 100 Hz und oberhalb von 3,15 kHz wird zwar häufig messtechnisch ermittelt, geht aber in die Bestimmung der Einzahlwerte nicht ein. Das bedeutet, der Frequenzbereich unterhalb 100 Hz, in dem im Studiobau die Probleme eigentlich erst richtig anfangen, wird in den Einzahlangaben gar nicht berücksichtigt. Die Einzahlwerte für das Schalldämmmaß sind daher im Studiobau nur als Richtwerte anzuwenden. Die eigentlichen Berechnungen müssen frequenzabhängig durchgeführt werden. Besteht nun die Wahl zwischen einem massiven einschaligen Bauteil und einer Trockenbauwand, ist zu beachten, dass die leichten Trockenbaukonstruktionen zwar im mittel und hochfrequenten Bereich sehr gute Ergebnisse bringen, die Schalldämmung im tieffrequenten Bereich dafür jedoch verglichen mit massiven Bauteilen in den meisten Fällen eher dürftig ausfällt. Das lässt sich auf die einfache Aussage reduzieren: Um tiefe Frequenzen zu dämmen, benötigt man Masse.

Ein großer Vorteil der Trockenbaukonstruktionen liegt aber eben gerade im geringen Gewicht der Bauteile, was vor allem bei nachträglichem Ausbau von Räumen, also bei der Erstellung von Wänden, die in die Statik eines Gebäudes nicht von vornherein einbezogen sind, eine große Rolle spielt. Der Bau von massiven Wänden oder Vorsatzschalen ist in vielen Fällen praktisch gar nicht möglich, weil die Masse der Wand durch die Decke nicht getragen wird. Das ideale Ergebnis wird in der Regel durch eine Kombination massiver Schalen mit Trockenbauvorsatzschalen erreicht. Wie bereits in der letzten Folge beschrieben, bringt aber keine der Maßnahmen den gewünschten Erfolg, wenn man nicht gleichzeitig auch die Wandanschlüsse und die flankierenden Bauteile betrachtet. Um die Übertragung über die flankierenden Bauteile einer Trennwand, also über die längs verlaufenden Wände bzw. die Decken- und die Bodenplatte zu reduzieren, und um die im Studiobau erforderlichen hohen Schalldämmmaße zu erreichen, ist es notwendig, eine Vorsatzschale nicht nur vor die Trennwand, sondern auch vor die flankierenden Wände zu setzen, eine abgehängte Decke einzuziehen und einen schwimmenden Estrich zu verlegen. Die letzte Abbildung zeigt eine solche Raum-in-Raum-Konstruktion in Trockenbauweise.

Die Konstruktion besteht aus einem schwimmenden Estrich, Gipskartonvorsatzschalen an den Wänden und einer abgehängten Gipskartondecke. Die abgehängte Decke unterscheidet sich von ihrer Wirkungsweise her nicht von den Vorsatzschalen an den Wänden, sie ist lediglich konstruktiv etwas aufwändiger, da sie ja an einer elastisch abgehängten Unterkonstruktion, also z. B. an Federhängern montiert werden muss. Dabei ist es von größter Bedeutung, jede Art von Schallbrücken sowohl zwischen benachbarten Räumen, als auch zwischen den Bauteilen der Raum-in-Raum-Konstruktion und dem Baukörper zu vermeiden.

Eigene Messungen haben gezeigt, dass mit derartigen Konstruktionen bei einwandfreier Planung und Ausführung Verbesserungen des Schalldämmmaßes der bestehenden Wände und Decken und somit der Schallpegeldifferenzen zu den benachbarten Räumen in Größenordnung von 30 dB möglich sind. Das ist bei einen guten bestehenden Bausubstanz in den meisten Fällen ausreichend, um selbst in empfindlichen Wohnumgebungen Schallpegeldifferenzen zu den umliegenden Räumen zu erzielen, die ausreichend sind, um den in einem Großteil der Fälle notwendigen Schutz des Studios und der Nachbarn zu gewährleisten. Möchte man natürlich zu jeder Tageszeit Schlagzeug spielen können, ohne sich Ärger mit den Nachbarn einzuhandeln, sind andere Maßnahmen nötig. Mögliche Schwachstellen der Konstruktion wie Türen, Fenster, Kabelkanäle oder Klimarohre müssen entsprechend hoch schalldämmend ausgeführt werden oder mit zusätzlichen Maßnahmen wie Schalldämpfern versehen werden. Schallbrücken müssen unbedingt vermieden werden. Wer sich intensiver mit der Bauakustik selbst auseinandersetzen möchte, wird eine ausführliche Behandlung des Themas in Gösele, Schüle, Künzel: „Schall, Wärme, Feuchte” finden.

 

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Raumakustik: Entzerrung von Regielautsprechern – Was nicht passt, wird passend gemacht

 

Die Entzerrung von Abhöranlagen in Regie und Hörräumen mit Hilfe von Equalizern wird von vielen kategorisch abgelehnt. Die Argumente dagegen reichen von technisch begründeten Einwänden wie der unerwünschten Beeinflussung der Phase und der Veränderung der spektralen Intensitätsverteilung des Diffusfeldes bis hin zu unhaltbaren Einwänden wie „der Hersteller des Lautsprechers habe sich das so gedacht und da dürfe man nicht herumdrehen …”

Tatsächlich können bei der Entzerrung Effekte auftreten, die zu einer unerwünschten Verfälschung der Wiedergabe und zu einer Verschlechterung der klanglichen Eigenschaften der Anlage führen. Diese Effekte sind dann aber meistens auf eine zu unsorgsame Vorgehensweise oder auf eine rein messtechnische Entzerrung ohne ausreichende Auseinandersetzung mit der bestehenden Akustik und dem resultierenden Höreindruck zurückzuführen.

Unvoreingenommen betrachtet ist die elektroakustische Entzerrung in einer großen Zahl von praktisch relevanten Fällen ein adäquates Mittel, um mit relativ geringem Aufwand eine erhebliche Verbesserung einer nicht so idealen Abhörsituation zu erreichen, oder um an einer bereits nahezu idealen Abhörsituation noch letzte Optimierungen vorzunehmen, die durch raumakustische Maßnahmen nur mit unvergleichlich höherem Aufwand zu realisieren wären. Zunächst sollte bei der Optimierung einer Abhöranlage natürlich immer die Optimierung der Wiedergabesituation durch die gezielte Gestaltung der Raumgeometrie und durch die Gestaltung der Akustik mit Hilfe von absorptiven und diffusen Bauteilen vorgenommen werden. Und: Die ideale Position der Lautsprecher sollte durch Messung und Hörtests ermittelt werden. Oft ist es aber einfach mit vertretbarem Aufwand nicht möglich, eine ausreichende spektrale Balance zu erhalten bzw. es kommt zu Einbrüchen und Überhöhungen in den Übertragungsfunktionen, was ja nichts anderes bedeutet, als dass unterschiedliche Frequenzen unterschiedlich laut übertragen werden.

Nun muss natürlich erst einmal geklärt werden, wie die Übertragungsfunktion (genauer gesagt ihr Betrag) im Idealfall eigentlich aussehen sollte. Prinzipiell ist die Antwort einfach: frequenzunabhängig, also „flat”. Das bedeutet, dass alle Frequenzen mit gleicher Verstärkung von der Einspielung bis zum Abhörpunkt übertragen werden.

Abbildung 1 zeigt den Toleranzbereich für die sogenannte Betriebsschallpegelkurve nach EBU Tech. 3276. Man ermittelt die Betriebsschallpegelkurve einer Abhöranordnung, indem man am Eingang des Systems ein Rosa Rauschen anlegt und bei Wiedergabe über jeweils einen einzelnen Lautsprecher mit einem Terzanalyser das Schalldruckpegelspektrum am Abhörpunkt bzw. in der Umgebung des Abhörpunktes misst. Alternativ kann man – vor allem, wenn man detailliertere, schmalbandigere Ergebnisse erhalten möchte – die Messung der Übertragungsfunktion z. B. mit Hilfe einer Sweep- oder MLS-Messung durchführen. Allerdings sind die so ermittelten schmalbandigen Werte nicht ohne weiteres mit dem Toleranzfeld für die Betriebsschallpegelkurve zu vergleichen, da bei der Messung mit dem Terzanalyser natürlich eine Mittelung über die Filterbandbreite und damit eine Glättung der gemessenen Kurve durchgeführt wird. Hierfür sind geeignete Filter notwendig. Aber egal, ob direkt als Betriebschallpegelkurve oder mit Hilfe einer geeigneten Filterung der Übertragungsfunktion gemessen: Die ermittelte Kurve zeigt immer mehr oder weniger ausgeprägte Abweichungen gegenüber der Idealkurve.

Verformungen der Übertragungsfunktion haben unterschiedliche Ursachen

Relativ schmalbandige Einbrüche werden häufig durch Kammfilter hervorgerufen. Ein Kammfilter entsteht durch die Überlagerung von zwei Schallwellen, z. B. dem Direktsignal und der Reflexion von einer Wand oder von einem Einrichtungsgegenstand. Haben die beiden Wellen seit der Abstrahlung durch die Schallquelle unterschiedliche Strecken zurückgelegt, kommt es zu einer Phasenverschiebung zwischen den beiden Wellen. Daher entstehen durch die Interferenz der beiden Wellen im Spektrum Einbrüche und Überhöhungen, deren Lage von der Streckenbzw. Laufzeitdifferenz abhängt. Die erste Auslöschung entsteht, wenn die Differenz d der Strecken, die die beiden Wellen zurückgelegt haben, einer halben Wellenlänge entspricht und die beiden Schallwellen damit gegenphasig eintreffen, also bei, wobei c0 die Schallgeschwindigkeit darstellt. Bei der doppelten Frequenz sind die beiden Schallwellen gleichphasig und es kommt zu einer Überhöhung im Spektrum, bei der dreifachen Frequenz kommt es wieder zu einer Auslöschung usw. Abbildung 2 zeigt das charakteristische Bild eines Kammfilters, wie es durch eine einzelne Reflexion entsteht. Da die Phasenverschiebung der beiden Schallwellen zueinander von der Streckendifferenz der beiden Wellen abhängt, ist die Position des Kammfilters im Spektrum abhängig von der Position im Raum. Im tieffrequenten Bereich wird die Übertragungsfunktion durch die Eigenfrequenzverteilung des Raumes bestimmt, die durch die Geometrie und die Bedämpfung des Raumes durch Absorption gegeben ist. Wie stark der Einfluss einer einzelnen Raummode auf die Übertragungsfunktion ist, hängt von der Position der Schallquelle und des Empfängers ab.

Ein gewisser Anteil der Verformung der Betriebsschallpegelkurve und der Übertragungsfunktion wird auch durch die Frequenzabhängigkeit der Nachhallzeit des Raumes hervorgerufen, da die Diffusfeldenergie, also die Energie im Nachhall, in die Messung der Übertragungsfunktion eingeht. Starke Überhöhungen oder Einbrüche in der Nachhallzeit können einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Übertragungsfunktion haben. Die Nachhallzeit sollte, wie bereits in einer früheren Folge beschrieben, zumindest im mittleren Frequenzbereich linear, also von der Frequenz unabhängig verlaufen. Im hochfrequenten Bereich kommt es durch den in den meisten Räumen vorhandenen natürlichen Abfall der Nachhallzeit in Verbindung mit der zunehmenden Bündelung des Lautsprechers daher auch zu einem natürlichen Abfall der Übertragungsfunktion und der Betriebsschallpegelkurve. Im tieffrequenten Bereich ist aufgrund des häufig vorhandenen Anstiegs der Nachhallzeit der gegenläufige Effekt zu beobachten.

Equalizing

Wenn jetzt der Aufwand für eine raumakustische Lösung des Problems zu groß erscheint und eine Verbesserung durch die Optimierung der Positionierung nicht möglich ist, liegt der Schritt nahe, die Verformungen elektroakustisch, also durch Einbau eines Equalizers im Abhörweg zu korrigieren. Die Wahl des richtigen Equalizers ist hier mindestens ebenso wichtig, wie die Wahl des richtigen Controllers im Bass-Management. Das betrifft sowohl qualitative Fragen als auch prinzipielle Überlegungen zur Funktionsweise des Gerätes: analog oder digital, grafisch oder parametrisch, IIR (infinite impulse response) oder FIR (finite impulse response)?

Die Frage „analog oder digital” ist vor allem eine Frage der Dynamik, der Bedienung und der Anschaffungskosten des Gerätes. Ob ein grafischer oder parametrischer Equalizer die bessere Wahl ist, hängt vor allem von der Erfahrung des Einzelnen ab. Für unerfahrene Techniker ist in der Regel ein grafischer Equalizer eher zu empfehlen, da die Vorgehensweise intuitiver und der Grad des Eingriffs wesentlich klarer direkt am Gerät erkennbar ist.Vor allem ist es aber bei der Verwendung von grafischen Equalizern wesentlich einfacher möglich, ein paar Grundregeln zu formulieren, bei deren Beachtung sich die unerwünschten Effekte, die durch die Entzerrung auftreten können, in Grenzen halten. Parametrische Equalizer dagegen bieten tiefgreifendere und detailliertere Möglichkeiten, um in die Übertragungsfunktion einzugreifen, dem entsprechend größer sind aber auch die Probleme, die bei zu weitgehenden Eingriffen auftreten können.

 

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Raumakustik: Feinabstimmung per Filterung – Entzerrung von Regielautsprechern zweiter Teil

 

Im erste Teil haben wir uns mit möglichen Ursachen der Verformungen der Übertragungsfunktion und der Betriebsschallpegelkurve sowie mit prinzipiellen Überlegungen zur Entzerrung von Abhöranlagen auseinandergesetzt.Wir wollen nun die Effekte betrachten, die bei der Entzerrung auftreten, um daraus ein paar hilfreiche Regeln für die Entzerrung abzuleiten.

Eine Vielzahl von raumakustischen Effekten, die zu Verformungen der Übertragungsfunktion führen, sind ortsabhängig. Nehmen wir das einfache Beispiel des Kammfilters, dessen Einfluss auf die Übertragungsfunktion wir in der letzten Folge betrachtet haben. Wir kamen zu der Erkenntnis, dass die Position der Einbrüche und Überhöhungen im Frequenzbereich abhängig ist von der Verzögerung der Reflexion gegenüber dem Direktsignal und damit von der Position des Messmikrofons oder des Zuhörers im Studio. Wird ein unmittelbar am Abhörpunkt durch einen Kammfilter hervorgerufener Einbruch in der Übertragungsfunktion durch ein elektrisches Filter ausgeglichen, wirkt sich natürlich die Veränderung der Übertragungsfunktion in gleicher Weise auch an jedem anderen Punkt im Raum aus. Allerdings ist sie an den meisten anderen Punkten ja gar nicht erwünscht, da der Kammfilter hier gar nicht oder aufgrund der veränderten Verzögerung der beiden Schallwellen an einer anderen Position im Spektrum auftritt.

Im ungünstigsten Fall liegt die Überhöhung des Kammfilters hier bei der Frequenz, bei der am Abhörpunkt ein Einbruch zu messen war, der durch eine voreilige Anhebung in der Entzerrung ausgeglichen wurde. Die Überhöhung des Kammfilters und die Anhebung durch die Entzerrung werden sich an diesem Punkt addieren und zu einer noch ausgeprägteren Überhöhung führen. Die Entzerrung führt in diesem Fall zwar zu einer Glättung der Übertragungsfunktion und damit vordergründig zu einer Verbesserung der Abhörbedingungen am Abhörpunkt selbst, führt aber zu einer unkontrollierten und in der Regel ungünstigen Veränderung der Übertragungsfunktion im restlichen Raum. Bestimmte Effekte sind daher gar nicht oder nur sehr moderat zu entzerren. Hier sind also Kompromisse gefragt. Eine Vorgehensweise, die die Problematik der Positionsabhängigkeit der Verformungen der Übertragungsfunktion in der Messung zwar nicht vollständig beseitigt, aber zumindest deutlich reduziert, ist die räumliche Mittelung bei der Messung der Übertragungsfunktion, also die Beurteilung nicht nur am Abhörpunkt, sondern auch an weiteren Positionen im Studio-Raum.

Man muss sich beim Einsatz von Equalizern immer im Klaren darüber sein, dass jedes analoge und jedes herkömmliche digitale Filter bei einer Veränderung der Amplitude zwingend auch eine Beeinflussung der Phase und damit der Gruppenlaufzeit (der Ableitung der Phase), also der zeitlichen Abfolge der Wiedergabe der einzelnen Frequenzen bewirkt. Manipulationen der Gruppenlaufzeit äußern sich in mehr oder weniger ausgeprägten Verschiebungen in der Impulsantwort. Die Impulsantwort einer Abhöranordnung, also das, was am Abhörpunkt ankommt, wenn am Eingang der Weichen bzw. der Endstufen ein Impuls eingespeist wird, ist ein Maß dafür, wie nah die zeitliche Wiedergabe am Ideal liegt. Eine positive Veränderung des Verlaufes der Gruppenlaufzeit durch die Entzerrung von raumakustisch bedingten Effekten ist nicht zu erwarten, da die Impulsantwort des Raumes nur wenige minimalphasige Komponenten enthält. Eine Entzerrung der Betriebsschallpegelkurve ist folglich mit konventionellen Equalizern nicht ohne eine gleichzeitige, in der Regel ungünstige Beeinflussung des zeitlichen Verhaltens, also der Impulswiedergabe möglich.

Eine Ausnahme stellen hier die FIR-Filter (finite impulse response) dar, die eine unabhängige Beeinflussung von Betrag und Phase ermöglichen. Mit FIR-Filtern ist es möglich, eine gezielte Beeinflussung der Betriebsschallpegelkurve vorzunehmen, ohne das zeitliche Verhalten – also die Gruppenlaufzeit – negativ zu beeinflussen. Allerdings ist dies mit einer Gesamtverzögerung innerhalb der Wiedergabeanordnung verbunden. Der Einsatz von FIR-Filtern bietet aber nicht nur neue Möglichkeiten bei der Raumentzerrung von Lautsprechern, sondern eröffnet bereits bei der Konzeption von Lautsprechern völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten. Daher werden wir uns mit dem Thema FIR-Filter in einer späteren Folge beschäftigen.

Den Abfall der Übertragungsfunktion, der sich im hochfrequenten Bereich durch die zunehmende Bündelung des Lautsprechers und den natürlichen Abfall der Nachhallzeit zu hohen Frequenzen hin ergibt, zu entzerren, ist nicht sinnvoll. Auch ein leichter Anstieg im tieffrequenten Bereich, bedingt durch den Anstieg der Nachhallzeit im Modenbereich vor allem kleiner Räume muss nicht „wegentzerrt” werden. Dennoch kann es bei sehr ausgeprägten Raummoden sinnvoll sein, die vom Lautsprecher abgestrahlte Schallleistung im tieffrequenten Bereich geringfügig zu verringern, um die Anregung der störenden Moden und somit das Dröhnen des Raumes zu reduzieren.

Grundsätzlich ist aber auch zu beachten, dass sich durch die Entzerrung nicht nur die Schallenergie des Direktsignales und der frühen Reflexionen, sondern auch die Energie des diffusen Nachhalls verändert. Das Diffusfeld ist aber von Effekten wie z. B. dem Mischpultkammfilter gar nicht betroffen. Es hat in der Regel eine andere spektrale Verteilung, die weniger durch die „frühen” Effekte (wie einzelne Reflexionen), sondern viel mehr durch die „späten” Effekte im Raum (also den Nachhall und das Nachschwingen der Raummoden) bestimmt wird. Das bedeutet, eine Beeinflussung der Übertragungsfunktion kann zu einer ungünstigen Veränderung der spektralen Verteilung der Diffusfeldenergie führen. Auch hier sind also Kompromisse und eine detaillierte Auseinandersetzung mit den akustischen Vorgängen notwendig.

Mehr zum Thema Raummoden findest du hier.

Wenn der Höreindruck passt, passt auch die Entzerrung

Wir wollen die einzelnen auftretenden Probleme gar nicht bis ins Detail betrachten, die Komplexität der Effekte würde den Rahmen bei weitem sprengen. Letztlich ist es der Höreindruck, der zählt, und darin sind alle relevanten Parameter enthalten. Ich benötige also Klangmaterial, mit dem ich gut vertraut bin – also z. B. CDs oder DVDs, die ich aus anderen Räumen sehr gut kenne und von denen ich genau weiß, wie sie unter optimalen Bedingungen klingen. Die Entzerrung ist eben kein rein messtechnischer Prozess, keine reine „Einmessung”, sondern erfordert eine eingehende Auseinandersetzung mit dem gewonnenen Höreindruck. Ein Ergebnis, das auf den ersten Blick messtechnisch einwandfrei aussieht, kann einen völlig falschen Höreindruck vermitteln. Diese Beurteilung erfordert aber eben etwas Erfahrung. Eine rein messtechnische Entzerrung ohne weitere Betrachtungen der Akustik und ohne eine ausreichende Beurteilung des Klangbildes, also ein „Geradebiegen des Frequenzganges” führt in den wenigsten Fällen zu einem akzeptablen Ergebnis. Ein sinnvolles Ergebnis lässt sich nur durch ein iteratives Vorgehen – also durch das Zusammenspiel von Messung und Höreindruck – erreichen.

Meist sind es eher die groben Tendenzen im Spektrum, deren Entzerrung sinnvoll ist und nicht die Feinstruktur der Übertragungsfunktion. Sehr schmalbandige Eingriffe bei parametrischen Equalizern sollte man vermeiden. Grundsätzlich sollten alle Eingriffe, sofern keine zu großen raumbedingten Asymmetrien in den Übertragungsfunktionen vorliegen, gleichermaßen für alle Kanäle erfolgen. Die Entzerrung sollte wenn möglich auf den tieffrequenten Bereich, in jedem Fall aber auf den Bereich unterhalb etwa 1 kHz beschränkt bleiben. Die Angabe einer maximalen Anhebung oder Absenkung, also z. B. maximal ±3 dB hat sich in der Praxis als nicht sinnvoll erwiesen. Häufig gehen im mittelfrequenten Bereich Eingriffe von ±1 dB bereits zu weit, im Bereich unterhalb etwa 100 Hz sind oft Anhebungen oder Absenkungen von deutlich über 3 dB problemlos möglich. Das ist letztlich Erfahrungssache.

Fazit

Die Entzerrung ist in vielen Fällen eine Möglichkeit, eine Verbesserung der Wiedergabe zu erzielen, die auf raumakustischem Weg nur durch einen aufwändigen Umbau zu erreichen wäre und ist in fast allen Fällen eine sinnvolle Maßnahme für die letzte Feinabstimmung eines Regieraumes. Allerdings erfordert die Entzerrung neben der Messung der Übertragungsfunktionen, die die Grundlage für die Entzerrung darstellen, eine detaillierte Betrachtung der Vorgänge der Akustik im Raume und des durch die vorgenommenen Veränderungen beeinflussten Höreindrucks. Letztlich muss man sich auch darüber im Klaren sein, dass man durch die Entzerrung natürlich auf eine Vielzahl der Parameter einer Abhöranordnung (wie z. B. das Reflexionsverhalten und das Nachschwingen der Raummoden) gar keinen Einfluss hat. Die Entzerrung kann keinen Ersatz für raumakustische Maßnahmen bieten, aber in vielen Fällen grundsätzlich als Ergänzung zu den vorgenommenen Maß- nahmen gesehen werden, der aber in jedem Fall eine Optimierung des Raumes und der Lautsprecherpositionen vorausgehen sollte.

 

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Studioakustik: Raumakustik in Mehrkanaltonregien – Das Runde muss in das Eckige

 

Die Mehrkanaltonwiedergabe hat sich bisher sowohl in der Produktion, als auch beim Konsumenten nicht in dem Maße durchgesetzt, wie sich das der eine oder andere sicher wünschen würde und für viele scheint speziell im Bereich der Musikproduktion der Begriff Mehrkanalton ja sowieso noch ein Fremdwort zu sein.

Ein Grund für das zögernde Verhalten bei der Umstellung liegt offensichtlich in der großen Unsicherheit bezüglich der vielen mehr oder weniger relevanten Wiedergabeformate, die regelmäßig zu Verwirrungen bei allen Beteiligten vom Konsumenten bis zum Toningenieur führen. Wir wollen uns hier aber gar nicht mit den unterschiedlichen Formaten auseinandersetzen, sondern uns vielmehr die Frage stellen, wie man das Ganze denn eigentlich grundsätzlich im Studio umsetzen kann, was man dabei beachten sollte und was man unbedingt vermeiden sollte. Aus den Überlegungen, die man vor dem Bau eines neuen Regieraumes gemeinsam mit dem Bauherrn anstellt, gewinnt man in den meisten Fällen die Erkenntnis, dass der Raum optimal für die Zweikanal-Stereowiedergabe ausgestattet sein muss und Kompromisse wenn nötig bei der Mehrkanalwiedergabe eingegangen werden sollen. In vielen Fällen wird die Mehrkanalwiedergabe ohnehin eher als Option vorgesehen und es wäre mit Blick auf zukünftige Entwicklungen sicher nicht sinnvoll, sich heute beim Bau eines neuen Regieraumes nicht zumindest die Möglichkeiten offen zu halten, den Raum zu einem späteren Zeitpunkt um eine Mehrkanal-Abhöranlage zu erweitern. Das bedeutet allerdings, sich bei der akustischen Konzeption des Raumes bereits Gedanken über die Wiedergabesituation für die zusätzlichen Kanäle zu machen.

Betrachtet man die Bedeutung der unterschiedlichen Mehrkanal-Wiedergabeformate dann zeigt sich klar, dass die wichtigste Wiedergabeanordnung im Studio mit Ausnahme der reinen Kinoformate die 5.1-ITU-Anordnung ist. Daher wollen wir uns in unseren Überlegungen zunächst auch auf diese Anordnung beschränken. Das Wichtigste zuerst: Die fünf Hauptlautsprecher stehen auf einem Kreis und haben folglich alle dieselbe Entfernung zum Abhörpunkt. Ist das aus irgendwelchen Gründen nicht möglich, muss man die Lautsprecher, die näher am Abhörpunkt stehen, um die fehlende Entfernung verzögern. Und: Alle fünf Kanäle sind identisch bezüglich Übertragungsfunktion und Reflexionsverhalten. Es gibt einen separaten Tieftonkanal, den „.1” als sogenannten LFE (low frequency effects), der zusätzliche Tieftonsignale im Frequenzbereich von 20 Hz bis 120 Hz überträgt und nicht mit dem Subwoofer im Bass-Management zu verwechseln ist. Diese Höranordnung ist in ITU-R BS.775-1 (multichannel stereophonic sound system with and without accompanying picture) definiert und in diversen anderen Richtlinien für Mehrkanalwiedergabe übernommen, wobei der LFE-Kanal im ITU-Format zunächst nicht vorgesehen ist. Der Abhörkreis mit den zulässigen Lautsprecherpositionen ist unserer Abbildung dargestellt. Man kann zu Normen und Richtlinien stehen wie man möchte – die Erfahrung hat gezeigt, dass Abweichungen gegenüber der vorgesehenen Anordnung schnell zu einem unbefriedigenden Klangbild führen, vor allem, wenn es um die Entfernungen der einzelnen Lautsprecher geht. Dagegen sind zum Beispiel die horizontalen Winkel der hinteren Kanäle vergleichsweise unkritisch.

Nun sind aber naturgemäß die meisten Räume eckig, woraus sich zwangsweise eine unterschiedliche Anordnung der Lautsprecher im Bezug zu den umgebenden Wänden ergibt, was in den einzelnen Kanälen zu unterschiedlichem Wiedergabeverhalten vor allem im tieffrequenten Bereich führt. Raumformen, die tatsächlich die gleichen geometrischen Voraussetzungen für alle Kanäle bieten, bringen in der Regel ein sehr ungünstiges raumakustisches Verhalten mit sich. Die naheliegendste Raumform, die zwar für alle Kanäle die gleiche Anordnung zu den Wänden des Raumes bieten würde, ist der Zylinder. Allerdings ist das raumakustische Verhalten eines zylinderförmigen Raumes bedingt durch seine konkaven Wandflächen, das Zusammenfallen der Eigenfrequenzen mehrerer Raumachsen und die daraus resultierende ungünstige Eigenfrequenzverteilung sehr bedenklich und mit vertretbarem Aufwand nicht in Griff zu bekommen. Und selbst wenn es möglich wäre, eine absolut identische Positionierung aller Kanäle im Raum zu erreichen, würde diese wieder durch akustisch nicht zu vernachlässigende Einbauten wie Mischpulte, Bildschirme etc. zerstört. Speziell die Abdeckung des Bodens durch das Mischpult für die vorderen Kanäle erzeugt in Mehrkanalregieräumen bereits eine erhebliche Asymmetrie zwischen vorderen und hinteren Kanälen. Daher ist die Forderung nach absolut identischer Wiedergabe in der Praxis nicht zu erfüllen.

Raumkonzepte

In den letzten Jahrzehnten haben sich für die Konstruktion von Stereo-Regieräumen mehrere Konzepte entwickelt, die sehr unterschiedliche Ansätze für die Raumgeometrie und die Verteilung der Bedämpfung des Raumes vorsahen. Allen voran verbreitete sich das in den 70er Jahren von Don Davis präsentierte Live End Dead End, bei dem der vordere Bereich des Raumes hochabsorptiv und der hintere Bereich großflächig diffus gestaltet wurde. In den 80er Jahren folgte das von der Verteilung der Oberflächen entgegengesetzte Non-Environment, bei dem die Lautsprecher in eine reflektierende Frontkonstruktion eingesetzt sind, deren Geometrie alle Reflexionen gezielt in den hinteren absorptiven Bereich des Raumes lenkt. Es gab gute Gründe für die Entwicklung dieser Raumkonzepte, denn beide Raumtypen versprechen bei sachgemäßer Konzeption und Ausführung gute Ergebnisse für die Zweikanal-Stereowiedergabe. Aber: Der Raum verfügt bei beiden Konzepten über klar gerichtete raumakustische Bedingungen. Man kann nicht erwarten, wenn ein Raum im vorderen Bereich raumakustisch anders gestaltet ist, als im hinteren, dass ein Lautsprecher, der im hinteren Bereich des Raumes frei stehend positioniert ist, die gleichen Übertragungseigenschaften besitzen wird wie ein Lautsprecher, der im vorderen Bereich des Raumes sitzt. Die hinteren Lautsprecher ebenfalls in eine ähnliche Frontkonstruktion einzubauen, wie sie im vorderen Raumbereich sitzt, bringt aufgrund der entstehenden Geometrie weder akustisch noch ergonomisch befriedigende Ergebnisse.

Außerdem ist die Planung von Studioräumen ja doch in der Regel für ein paar Jahre ausgelegt und eine Festlegung auf eine bestimmte Wiedergabeanordnung durch den Einbau der hinteren Lautsprecher wäre eine unnötige Einschränkung der Flexibilität, auf zukünftige Entwicklungen zu reagieren. Wenn es also darum geht, Räume für eine 5.1-Wiedergabe in möglichst puristischer Form zu konstruieren, besteht folglich die logische Konsequenz darin, die Lautsprecher wieder frei aufzustellen und die Räume mit einer Raumakustik zu versehen, die keine Präferenzen in irgendeiner Richtung aufweist. Die Aufmacherseite zeigt die neue HDTV-Tonregie der nobeo-Studios in Hürth. Die Lautsprecher stehen hier frei im Raum, die Raumakustik ist ohne Präferenzen bezüglich der Richtung des Raumes gestaltet. In vielen Fällen werden Räume aber aus guten Gründen dennoch nach den bewährten Konzepten geplant und gebaut, da vor allem die Wiedergabe im tieffrequenten Bereich beim Einbau in die Frontkonstruktion wesentlich ausgeglichener ist, als bei frei stehenden Lautsprechern.

 

Dabei ist es durch Adaptionen der klassischen Konzepte durchaus möglich, hervorragende Ergebnisse sowohl für die Zweikanal-, als auch für die Mehrkanalwiedergabe zu erreichen. Das nebenstehende Foto zeigt die große Tonregie der Teldex Studios in Berlin. Wegen der Forderung nach einer optimalen tieffrequenten Wiedergabe wurde hier im Laufe der Planung die Entscheidung für den Einbau der vorderen Lautsprecher in eine schallharte Lautsprecherfront getroffen. Eine nahezu symmetrische Wiedergabe der vorderen und hinteren Kanäle wird hier durch große Absorberfelder in der reflektiven Lautsprecherfront und durch eine gezielte Neigung der hinteren Lautsprecher gewährleistet. Das Reflexionsverhalten muss nun natürlich nicht mehr für zwei Kanäle, sondern für fünf Kanäle optimiert werden.

Das bedeutet, die Möglichkeiten, reflektierende Flächen wie zum Beispiel Fenster oder Maschinenschränke zu berücksichtigen, sind wesentlich geringer. Die Optimierung des Schallfeldes muss wesentlich weiträumiger erfolgen. Das bringt allerdings höhere Anforderungen an die raumakustische Konzeption mit sich. Im Studio ist es daher wichtiger denn je, alle zur Verfügung stehenden Möglichkeiten auch auszuschöpfen, um Wiedergabebedingungen zu schaffen, die qualitativ mit denen einer hochwertigen Zweikanal-Stereo-Regie vergleichbar sind. Dazu gehören moderne Simulationsverfahren, die eine weitreichende Optimierung der Raumgeometrie ermöglichen, effektive Mechanismen und Konstruktionen zur Bedämpfung des Schallfeldes, aber auch unterstützende Maßnahmen wie ein gezielt eingesetztes (und eingemessenes) Bass-Management und bei Bedarf eine moderate Entzerrung der Lautsprecher, wobei jede dieser Maßnahmen eine intensive Auseinandersetzung mit den physikalischen Vorgängen erfordert. Dafür passt aber dann das Runde eben doch in das Eckige.

 

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Raumakustik: keine Kompromisse – Rechtliche und bauliche Grundlagen des Schallschutzes

 

Die Aufgabenstellung lautete: Im Untergeschoss eines Mehrfamilienhauses in einer der schönsten Wohngegenden Münchens soll ein professionelles Studio mit Regie- und Aufnahmeraum entstehen. Die Grundeinstellung des Bauherrn: keine Kompromisse. Daraus ergibt sich die primäre Zielsetzung für die bauakustische Leistungsfähigkeit der Konstruktion: Die Nachbarn sollen vom Betrieb im Studio nichts mitbekommen, unabhängig davon, was im Studio passiert. Das Projekt wurde geplant und überwacht vom Münchner Akustik- und Studioplanungsbüro HMP Architekten + Ingenieure. Die grundsätzliche Raumgeometrie war bereits durch den Bestand vorgegeben.

Die Voraussetzungen waren gut:

– ein Raum mit einer Bruttoraumfläche von 36 qm, in dem der Regieraum entstehen sollte,

– ein Raum mit einer Bruttoraumfläche von 15 qm, der zum Aufnahmeraum ausgebaut werden sollte,

– ein Raum mit einer Fläche von 5 qm, der sich als Maschinenraum anbot,

– und eine Schleuse als räumliche und akustische Trennung zu den öffentlichen Bereichen des Gebäudes.

Um die bauakustischen Eigenschaften des Bestandes zu prüfen, wurden vor Beginn der Baumaßnahmen Messungen durchgeführt. Dabei ergaben sich für die Decken über dem Studiobereich Schalldämmmaße zwischen 56 und 58 dB, womit die Mindestanforderungen für Wohnungstrenndecken nach DIN 4109 erfüllt sind. Damit lassen sich zwar zwei Wohnräume voneinander trennen, in denen keine besonders hohen Schalldruckpegel zu erwarten sind, für die Trennung zwischen einem Studioraum und einem Schlafzimmer ist das aber bei Weitem nicht ausreichend. Um die notwendigen Schalldämmmaße bzw. Schallpegeldifferenzen sowohl zwischen dem Außenbereich und dem Studio als auch innerhalb des Studios zu erreichen, wurden in beiden Studioräumen Raum-in-Raum Konstruktionen errichtet. Die eingesetzte Konstruktion entspricht prinzipiell der in der vorherigen Folge beschriebenen Trockenbau Raum-in-Raum-Konstruktion.

Der bestehende schwimmende Estrich wurde auf seine bauakustische Funktion hin überprüft. Da sich der Raum im Untergeschoss befindet und darunter keine weiteren Räume liegen, besteht die bauakustische Funktion des schwimmenden Estrichs nicht darin, ein trennendes Bauteil abzudecken, sondern lediglich in der Funktion eines flankierenden Bauteils, wodurch sich die Anforderung an das Bauteil erheblich reduzieren lässt. Daher wurde entschieden, den bestehenden Estrich, einen Zementestrich mit einer im Wohnungsbau üblichen Estrichplatte auf einer Mineralfasertrittschalldämmmatte, zu erhalten und lediglich im äußeren Bereich einen Streifen abzubrechen, um die schweren Trockenbauvorsatzschalen auf tieffrequent abgestimmten Elastomerlagern elastisch gelagert auf den Rohboden zu stellen.

An der Decke wurde eine schwere Trockenbau-Decke federnd abgehängt. Alle Durchbrüche für Klimatechnik, Elektrotechnik und Audio-/Videotechnik stattete man entsprechend hochschalldämmend aus. Die bestehenden Fenster wurden durch hochwertigere ersetzt und durch zusätzliche Fenster in den Vorsatzschalen entsprechend mehrschalig nachgerüstet. Bei Türen bringt das Vorsetzen von zusätzlichen Türelementen meistens zu hohe ergonomische Nachteile. Daher wurde nur jeweils eine, dafür aber sehr hochschalldämmende Türe verwendet. Die ausreichende akustische Trennung zum öffentlichen Bereich im Flur des Untergeschosses wird durch die Schleuse erzielt. Erwartet wurde eine Verbesserung des Schalldämmmaßes der betreffenden Bauteile um mindestens 22 dB.

Nach der Fertigstellung der bauakustischen Konstruktion fanden zur Qualitätssicherung der durchgeführten Maßnahmen Messungen des Schalldämmmaßes statt. Dabei wurden frequenzbewertete Verbesserungen des Schalldämmmaßes zu den einzelnen angrenzenden Räumen zwischen 24 und 28 dB gemessen. Damit ist es möglich, im Studio auch nachts mit Schalldruckpegeln zu arbeiten, die um gut 20 dB über den üblichen Zimmerlautstärken liegen, ohne dass Beeinträchtigungen der Anwohner zu erwarten sind.

Ebenso kompromisslos wie die bauakustische Konstruktion sollten auch Design, Raumakustik und technische Ausstattung der beiden Räume gestaltet werden. Gemeinsam mit dem Bauherrn wurde ein Konzept für einen Regieraum entwickelt, der trotz der in Untergeschossen üblichen geringen Raumhöhe die Qualität und die Atmosphäre professioneller Studios bietet. Tageslicht in beiden Räumen war für alle Beteiligten Voraussetzung. Auf ein Fenster zwischen Regie- und Aufnahmeraum wurde aus statischen Gründen verzichtet. Die Kommunikation zwischen den beiden Räumen erfolgt über Kameras und Bildschirme.

Nach ausführlichen Hörtests fiel die Entscheidung bezüglich des Hauptlautsprechers auf den digitalen Studiomonitor O500 von Klein + Hummel. Die Lautsprecher wurden in eine schallharte Front integriert. Das Prinzip der schallharten Front basiert darauf, bereits durch die Raumform alle Reflexionen um den Abhörpunkt herum in den hinteren Raumbereich zu lenken und den Lautsprecher im Schallfeld so in Position zu bringen, dass er vor allem im tieffrequenten Bereich alle Frequenzen gleichermaßen anregen kann. Gleichzeitig unterstützt die reflektive Front das Bestreben, die Nachhallzeit in einem natürlichen Bereich zu halten, nachdem der gesamte vordere Raumbereich praktisch ohne Absorptionsmaterial auskommt.

Ein einwandfreies Reflexionsverhalten und eine im gesamten Frequenzbereich bis zu tiefsten Frequenzen hin sehr ausgeglichene Nachhallzeit wird durch die Kombination gestaffelter Breitband- und Resonanzabsorber und die Verwendung von Helmholtzresonatoren in den hinteren Raumecken, die vor Ort auf die tiefsten Eigenfrequenzen des Raumes abgestimmt wurden, erreicht. Der Innenausbau des Studios wurde mit Elementen von concept-A ausgeführt.