Raumakustik 3 - Der Hörraum bei tiefen Frequenzen

Während wir uns in unseren ersten beiden Teilen zur Raumakustik mit den Grundbegriffen beschäftigt haben, geht es jetzt im dritten und vierten Teil in die Praxis. In den folgenden Abschnitten sollen Ihnen Wege und Möglichkeiten aufgezeigt, sowie Tipps und Tricks gegeben werden,ihren heimischen Hörraum akustisch zu optimieren. Im dritten Teil steht dabei die Optimierung im Bereich tiefer Frequenzen im Vordergrund, während sich der vierte Teil mit der Optimierung im mittleren und hohen Frequenzbereich beschäftigt. Wir möchten ausdrücklich betonen, dass die Optimierung von kleinen Abhörräumen für Hifimusikwiedergabe im Vordergrund steht.Möchten Sie mittlere und große Säle für Theater, Konzerte oder Sprachveranstaltungen akustisch verbessern, so ist dieser Artikel sicher nicht das richtige für Sie, da Sie in diesen Fällen andere Optimierungsschwerpunkte setzen müssen. In diesem Fall können wir Ihnen das Studium der Quellen [1], [3] und [5] empfehlen.

Inhaltsverzeichnis

1. Optimale Raumproportionen
2. Optimierte Aufstellung von Lautsprechern und Geräten im Bezug auf stehende Wellen
3. Verminderung der Eigenmoden durch Helmholtz-Resonatoren
4. Verbesserung der Nachhallzeit im Tieftonbereich: Plattenschwinger

1. Optimale Raumproportionen:

Die Optimierung des Hörraumes fängt bei der Wahl des geeigneten Raumes im Haus an. Leider ist diese Wahl meist nur äußerst begrenzt möglich, schließlich werden die Räume in der Regel bereits genutzt. Insbesondere bei kleinem Hörraum, wie das heimische Wohnzimmer, ist der Einfluss der geometrischen Zimmerabmessungen auf stehende Wellen nicht zu vernachlässigen. Gute akustische Vorraussetzungen im Bezug auf Eigenmoden bringen nur die Räume mit, deren Raumabmessungen sich nicht ohne Rest durcheinander teilen lassen. Ganzzahlige Raumabmessungen (Länge, Breite, Höhe) begünstigen stehende Wellen. Es kommt dann zu einem wie in unserem zweiten Artikel angedeutet äußerst ungünstigen Zusammenfall der Resonanzfrequenzen verschiedener Ordnung. Ungünstig ist daher zum Beispiel ein Raum mit 3m Höhe, 6m Breite und 12m Länge. Als akustisch günstig haben sich dagegen Räume herausgestellt, deren Wände krumme Längenwerte aufweisen. Ein Beispiel für ein günstiges Längenverhältnis zeigt folgende Tabelle:

Höhe	Breite	Länge
1	1,87	2,73

Beispiel:
Ein Raum habe die Höhe H = 2,5m.
Die optimale Breite hierzu wäre nach obigen Beispielwerten: B = 1,87 * 2,5m = 4,675m
Für die Länge ergäbe sich: L = 2,73 * 2,5m = 6,825m

Der Einfluss der Raumgeometrie wird übrigens umso kleiner, je größer der Raum wird. Daher werden heute in erster Linie kleine Tonstudios und Abhörraume geometrisch optimiert gebaut. Große Säle hingegen weisen keine so große Problematik im Bezug auf stehende Wellen auf, da hier die Abmessungen so groß sind, dass stehende Wellen in sehr tiefen, nicht mehr hörbaren Bassregionen auftreten und damit das Klangbild nur wenig stören.

2. Optimierte Aufstellung von Lautsprechern und Geräten im Bezug auf stehende Wellen

Der erste Schritt nach der Wahl des Raumes betrifft die Festlegung wo im Raum Geräterack und Lautsprecher zu finden sein sollen. Wir betrachten in diesem Abschnitt die im Bezug auf stehende Wellen perfektionierte Positionierung. Optimierungsvorschläge für den mittleren und hohen Tonbereich finden Sie im vierten Teil unserer Reihe über Raumakustik.

Nun müssen wir herausfinden, welche Raumresonanzen unser Hörraum aufweist und wie Maxima und Minima in der Basswiedergabe im Raum verteilt sind. Ist Ihr Hörraum quaderförmig strukturiert, so können Sie die Resonanzen mit den Formeln aus unserem zweiten Artikel, den Sie ebenfalls hier auf http://www.burosch.de finden, berechnen. Hierzu auch nochmals der Hinweis auf das Online-Berechnungstool, mit dem Sie sich einige Tipparbeit mit Ihrem Taschenrechner ersparen. Genauer ist sicher die Verwendung eines speziellen Raumakustiksimulationsprogramms. Beispiele finden Sie wie immer unten in den Quellenangaben.

Unsere Professional-CD

Es gibt auch noch eine dritte Möglichkeit, die ebenfalls zu sehr brauchbaren Ergebnissen führt, da sie weder auf Berechnung, noch auf Simulation der Raumakustik beruht, sondern eine ungefähre Ortung der in Ihrem Hörraum tatsächlich vorhandenen Maxima und Minima ermöglicht. Hierzu benötigen Sie eine gute Audio-Test-CD (zum Beispiel unsere Professional Audio-CD, die Sie im Shop hier auf

http://www.burosch.de

finden). Positionieren Sie Ihre Lautsprecher im Raum und spielen Sie von dieser CD ein Sinussignal im Bereich von 20Hz bis 200Hz ab. Beispiele wären hier die Tracks 9 bis 19 der zweiten CD unserer Professional Audio-CD. Während das Signal läuft gehen Sie im Raum auf und ab. Sie werden dabei Pegelveränderungen des Signals bemerken. An Orten, an denen das Signal laut erscheint, sind Bäuche der Eigenmoden des Raumes zu finden, während ein fast verschwindendes Signal auf einen Knoten hinweist. Sinnvollerweise markieren Sie die gefundenen Knoten und Bäuche in einem Plan Ihres Raumes, eventuell auf Millimeterpapier. Besonders genau wird Ihre Messung selbstverständlich, wenn Sie mit Hilfe eines Schalldruckmessgerätes Ihren Raum ausmessen. Der Vorteil der Messmethode gegenüber den obigen Methoden liegt darin, dass Sie die tatsächlichen akustischen Bedingungen in Ihrem Hörraum genauestens bestimmen können. Sowohl die Rechnung, als auch die Computersimulation werden Ihnen immer nur die wahrscheinlichsten akustischen Bedingungen liefern. Wenn Sie bedenken, dass jeder Sessel, jeder Tisch und Schrank und überhaupt alles, was Sie in den Raum einbringen die Akustik verändert, so erscheint die Messmethode tatsächlich am sinnvollsten.

Zunächst betrachten wir die Aufstellung des Geräteracks. Man könnte meinen, dass die Position der Geräte relativ egal sein sollte, sie ist es aber bei weitem nicht. Es wird grundsätzlich so sein, dass der Schall der Lautsprecher die einzelnen Elektronikkomponenten zu Schwingungen anregt. Diese Vibrationen klingen in den einzelnen Bauteilen (Widerstände, Kondensatoren, Halbleiter und andere) verzögert wieder ab. Dieser Effekt wird übrigens auch als Mikrophonie bezeichnet. Es handelt sich also um eine Rückkopplung der Schallwellen auf die Geräteelektronik. Warum ist dieses Schwingen so problematisch? Diese Schwingung der Bauteile bewirkt, dass die rückgekoppelte Schwingung auf das gerade in Verstärker, CD-Player und anderen Komponenten verarbeitete Signal aufmoduliert wird. Mit anderen Worten die Schwingungen führen zu einer Veränderung der Amplitude und Phase des Musiksignals. Es kommt zu dynamischen Verzerrungen. Das diese Wirkung den guten Klang nicht gerade fördert sollte jedem klar sein.

Positionierung des GerÃ€teracks im HÃ¶rraum

Was wir benötigen ist also eine möglichst schallruhige Position. Optimal wäre die Platzierung der Elektronik in einem anderen Raum abseits der Lautsprecher. Aber wer will schon bei jedem CD- oder DVD-Wechsel den Raum verlassen. Auch innerhalb des Hörraumes lassen sich Orte finden, die für das Geräterack besser geeignet sind als andere. Dazu betrachten wir unser Bild der stehenden Wellen. Perfekt wäre die Platzierung der Elektronik in einem Knoten (im Bild schwarzer Bereich). Dadurch werden tieffrequente Störstrahlungen schon einmal drastisch herabgesetzt. Dummerweise liegen die ausgeprägtesten Knoten bei praktisch jedem quaderförmigen Raum in der Raummitte, die verständlicherweise eher ungünstig für die Aufstellung der Hifianlage ist. Nicht nur, weil die Verlegung der Zuleitungskabel kompliziert wird, sondern auch weil die Anlage im Alltag ständig im Weg steht, sofern der Raum auch für andere Dinge, als für Musikwiedergabe genutzt wird. Eine Platzierung direkt an der Wand verbietet sich leider aufgrund der dort sehr intensiven Bäuche der Eigenmoden. Am sinnvollsten erscheint eine Aufstellung mit einigem Abstand, zum Beispiel von 50cm, zur Raumwand. Vermeiden sollten Sie in jedem Fall die Positionierung im Schallfeld der Lautsprecher. Auch Orte zwischen den Speakern sind nur bedingt geeignet. Wenn überhaupt, dann mit etwas Versatz der Geräte nach hinten.

Wenden wir uns nun der Bestimmung der Lautsprecherstandorte zu. Hier lässt sich sicher einiges experimentieren. Wir wollen Ihnen einige Tipps an die Hand geben, wie Sie relativ schnell eine günstige Position für Ihre Speaker finden. Anders als die Elektronik spielen bei der Aufstellung der Boxen nicht nur stehende Wellen eine Rolle, sondern auch Reflexionen im mittleren und hohen Frequenzbereich. Zunächst wollen wir aber wieder nur den Einfluss stehender Wellen betrachten. Der obere Tonbereich folgt dann im vierten Teil unserer Reihe hier auf

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Anders als bei der Bestimmung des optimalen Aufenthaltsortes der Elektronik hängt der perfekte Platz Ihrer Lautsprecher von den qualitativen Eigenschaften Ihrer Speaker im Bassbereich ab. Besitzen Sie großvolumige Standlautsprecher, so werden Sie vermutlich bei der Positionswahl von Bereichen ausgeprägter Wellenbäuche abweichen müssen. Der Grund hierfür ist ganz klar. Standlautsprecher besitzen in der Regel einen voluminösen Tiefbassbereich. Stellen Sie so einen Schallwandler in den Bereich eines Maximums der Raummoden, so wird der Bassbereich garantiert aufgedickt und Sie erhalten ein zum Dröhnen neigendes im Bassbereich wenig differenziertes Klangbild. Bassstarke Lautsprecherkonstruktionen gehören daher mit einigem Abstand zur Wand aufgestellt. Hier ist das Maximum der Eigenmoden bereits überwunden. Extrem bassstarke Lautsprecher können auch in den näheren Bereich von Knoten gestellt werden. Allerdings scheidet dieser Aufstellungsort in der Regel dann aus, wenn der Raum auch für den Alltag tauglich sein soll.

Wie Sie bassschwache Lautsprecher, wie kleine Regalboxen oder ähnliches, positionieren müssen, sollte jetzt natürlich klar sein. Diese werden logischerweise nah an die Wand gestellt. Hier wird der Bassbereich der Böxchen zusätzlich durch die Eigenmoden des Raumes verstärkt, was zu einem voluminöseren, wärmeren Klangeindruck führt. Vor Extremen soll allerdings gewarnt werden. Eine Aufstellung der Lautsprecher direkt in einen Knoten oder einen Bauch der Eigenmoden führt nur in den seltensten Fällen zu guten Ergebnissen. Meist kommt es in einem ausgeprägten Knoten zu einer zu starken Abschwächung des Bassbereiches, was zu dünnem kühlem Klang führt, in einem Bauch werden einzelne Bassfrequenzen (die Resonanzfrequenzen des Raumes) dagegen gleich so stark betont, dass das Klangbild auch bei kleinen Boxen zum dröhnen neigt.

MÃ¶gliche HÃ¶rpositionen im Raum

Nun zur Frage wo Sie Ihren Sessel zum Musikhören hinstellen sollten. Die perfekte Hörposition hängt im Tieftonbereich ähnlich von den Raumresonanzen ab, wie die Position der Lautsprecher. Vermeiden sollten Sie in jedem Fall einen Sitzplatz in einem ausgeprägten Knoten. Sie werden dann mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit von der Basswiedergabe Ihrer Speaker nicht viel mitbekommen. Leider scheidet dadurch die Raummitte schon einmal aus. Auch wandnahe Hörpositionen, wie Sie häufig günstig währen, sind leider nicht das Optimum. Hier finden sich, wie Sie mittlerweile wissen, ausgeprägte Maxima in der Basswiedergabe. Daher kommt Ihnen der Bassbereich Ihrer Lautsprecher in so einer Sitzposition wahrscheinlich als dumpf, verhangen und dröhnend vor. Eine perfekte Hörposition ergäbe sich etwas von der Wand entfernt mit einem halben bis einem Meter Wandabstand. Diese Position ist natürlich im normal genutzten Wohnzimmer meist nicht sehr günstig.

Kommt es an Ihrem Hörort trotz optimierter Aufstellung zu ausgeprägten Resonanzen bei bestimmten Bassfrequenzen, erkennbar an dröhnender Wiedergabe von Tönen dieser Frequenz, so müssen Sie nicht verzweifeln. Kennen Sie die exakte Resonanzfrequenz (durch Messung ermittelbar), so gibt es Abhilfe in Form von Bassabsorbern, auch Helmholtz^*-Resonatoren genannt. Auf die Berechnung dieser trickreichen Bassfallen wollen wir im folgenden Abschnitt etwas näher eingehen.

3. Verminderung der Eigenmoden durch Helmholtz-Resonatoren

Helmholtz-Resonatoren arbeiten ähnlich wie Bassreflexboxen, nur mit umgekehrter Wirkung. Durch ein meist kanalförmig nach hinten erweitertes Loch wird ein kleines Resonatorvolumen an das Volumen des Hörraumes akustisch angekoppelt. Während das Bassreflexrohr einer Bassreflexlautsprecherkonstruktion nun die Schallwellen einer bestimmten Bassfrequenz, die vom Tieftöner nach hinten ins Lautsprechergehäuse abgestrahlt werden, nach außen in den Raum umlenkt und so die Basswiedergabe des Lautsprechers im Bassbereich verstärkt, bewirkt der Helmholtz-Resonator das umgekehrte. Er ist wie das Bassreflexrohr auf eine bestimmte Resonanzfrequenz abgestimmt. Diese Resonanzfrequenz stimmt sinnvollerweise mit der zu dämpfenden Raumeigenmode überein. Bei perfekter Abstimmung (dazu muss die Frequenz der zu dämpfenden Eigenmode möglichst exakt bekannt sein) entzieht der Resonator dem Raum im Bereich der Eigenmode Schallenergie, die in seinem Inneren durch Dampfungsmaterial unschädlich gemacht wird. Im Hörraum selbst verbleibt bei der Resonanzfrequenz deutlich weniger Schall, wodurch das Dröhnen im Bereich der Resonanzfrequenz effektiv reduziert wird.

Sie können Helmholtz-Resonatoren teuer kaufen, sie sind aber auch recht einfach selbst zu konstruieren. Zunächst müssen allerdings in jedem Fall die Raumresonanzen möglichst genau gemessen werden.

Resonanzerscheinungen

Relativ einfach sind scharfe Resonanzen bei einzelnen Frequenzen zu messen (im Bild links). Dabei spielt man einen gleitenden Sinuston in den Raum ein und misst den Schalldruck mit einem Schalldruckmessgerät. Man erhält eine Kurve, deren Maximum die Resonanzfrequenz f_rangibt.

Bei breitbandigen Überhöhungen führt die Frequenzanalyse mittels Rauschen zu exakteren Ergebnissen. Am sinnvollsten wird es sicher sein einen Fachmann den Raum durchmessen zu lassen, da dieser die Situation am besten beurteilen kann und auch über hochwertiges Messequipment verfügt.

Stehen die zu dämpfenden Resonanzen fest, so kann man relativ einfach mittels einiger mathematischer Formeln einen Helmholtzresonator konstruieren. Man benötigt für eine sinnvolle Berechnung drei verschiedene Formeln. Zunächst gilt für die Resonanzfrequenz des Resonators:

Formel fÃŒr die Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators

Schauen wir uns diese zugegebenermaßen nicht ganz einfache Formel näher an. Zunächst finden sich zwei alte Bekannte wieder, die Schallgeschwindigkeit v und das Volumen V. Hier steht V allerdings im Gegensatz zu unseren bisherigen Formeln nicht für das Volumen des Hörraumes, sondern für das Volumen des Helmholtz-Resonators.

Wer sich in der Mathematik etwas auskennt, der kennt den griechischen Buchstaben π (kleines pi) zur genüge. Es handelt sich dabei um eine oft benötigte Konstante mit dem ungefähren Wert 3,14159. Überall wo π steht können Sie sich daher 3,14159 denken.

L stellt die Länge des Reflexkanals des Resonators dar. R ist der sogenannte equivalente Radius einer Öffnung. Ist die Öffnung kreisförmig, so ist der equivalente Radius R identisch dem Radius der Öffnung r nach

Ist die Öffnung dagegen anders geformt, so muss der equivalente Radius aus der Wurzel aus Flächeninhalt geteilt durch π berechnet werden.

Beispiel:
Wir möchten die Resonanzfrequenz eines Helmholtzresonators aus Holz feststellen. Der Resonator besteht aus einer quaderförmigen Kiste mit folgenden Innenmaßen:

Höhe: H = 0,7m
Breite: B = 0,3m
Länge: L = 0,5m

Das Wandmaterial sei MDF mit 19mm Wandstärke. In dieser Holzkiste befindet sich ein Loch mit den Abmessungen l = 0,1m und b = 0,2m. Die Schallgeschwindigkeit beträgt 340m/s.

Wir berechnen zunächst den equivalenten Radius des Loches:

Als Länge L des Kanals verwenden wir in diesem Fall die Wanddicke des Materials, also 0,019m. Es fehlt nun noch die Berechnung des Innenvolumens der Kiste:

Jetzt setzten wir die Daten in die Formel für die Resonanzfrequenz ein:

Daraus folgt nach einiger Rechnung die Resonanzfrequenz des Resonators:

Die Resonanzfrequenz ist jedoch nicht das einzige Kriterium, das bei der Konstruktion eines Helmholtz-Resonators berücksichtigt werden muss. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Güte des Resonators. Sie gibt an, wie breitbandig der Resonator arbeitet, ob er also eher zur Bekämpfung einzelner Resonanz-Peaks oder breitbandiger Überhöhungen geeignet ist. Auch die Güte Q lässt sich über eine mathematische Formel berechnen:

Auch in dieser Formel steht V für das Volumen des Resonators, L für die Kanallänge und A für den Flächeninhalt der Resonatoröffnung. Interessant ist vor allem, dass die Güte Q in direktem Zusammenhang mit der Resonanzfrequenz f und den beiden Eckfrequenzen der Überhöhung f_uund f_osteht. Betrachten Sie hierzu eventuell nochmals obiges Bild zu Resonanzerscheinungen, um sich die Lage von f_uund f_oklar zu machen. Beide Eckfrequenzen liegen dort, wo der Pegel der Überhöhung um 3dB gefallen ist. Lösen wir die Formel nach f_u- f_o:= Δ f auf, so erhalten wir eine Formel für die Bandbreite des Resonators:

Beispiel:
Betrachten wir wieder unseren Resonator aus obigem Beispiel. Wir wollen jetzt seine Güte Q und seine Breitbandigkeit Δ f herausfinden. Dazu nochmals die Werte:

Volumen: V = 0,105m³
Kanallänge: L = 0,019m
Kanalquerschnittsfläche: A = 0,02m²
Resonanzfrequenz: f_r = 62,26Hz

Wir berechnen zunächst die Güte:

Aus der Güte Q = 1,885 können wir jetzt die Bandbreite des Resonators leicht berechnen:

Der Resonator besitzt also eine Bandbreite von etwa 33Hz. Um die Eckfrequenzen f_u und f_o herauszufinden muss man wissen, dass sich die Resonanzfrequenz f_r meist mittig zwischen den beiden Eckfrequenzen befindet. Setzen wir eine symmetrische Lage der Eckfrequenzen um die Resonanzfrequenz voraus, so folgt für die Eckfrequenzen:

Der Resonator arbeitet also für alle Frequenzen im Bereich von 45 Hz und 83 Hz. Hätte die Berechnung eine negative Eckfrequenz zur Folge, so würde der Resonator alle Frequenzen von 0 Hz bis zur oberen Eckfrequenz schlucken (in der Realität existieren schließlich keine negativen Frequenzen). Für die Praxis eignet sich der von uns berechnete Resonator kaum. Der Dämpfungsbereich von 45 Hz und 83 Hz ist zu breit

Bisher haben wir unsere mathematischen Berechnungen nur auf den Resonator selbst beschränkt. Der umgebende Raum wurde bisher völlig außer acht gelassen. Leider besitzt aber gerade dieser Raum großen Einfluss auf die Wirksamkeit des Helmholtzresonators. Die Funktion ist nur dann gewährleistet, wenn das Resonatorinnenvolumen optimal auf das Raumvolumen abgestimmt ist. Nur wenn Raumvolumen und Innenvolumen im richtigen Verhältnis stehen, kann der Resonator funktionieren. Um diese Tatsache mathematisch vernünftig beschreiben zu können existiert der Koppelfaktor k für den folgende Berechnungsformel benötigt wird:

Achtung: Das Volumen V muss bei dieser Formel in Kubikcentimetern (cm³) eingesetzt werden! Will man also den Wert von oben verwenden (V = 0,105m³), so muss ein zusätzlicher Faktor 10⁶multipliziert werden. Der Kopplungsfaktor erhält damit die Einheit cm³pro s³. Die einzige neue Größe in dieser Formel ist der Anordnungsfaktor F. Durch ihn wird der Aufstellungsort des Resonators im Raum mit in den Kopplungsfaktor einbezogen. Gebräuchliche Werte für F zeigt die folgende Tabelle:

Standort	Raumecke	Raumkante	eingelassen in Wand	freie Aufstellung
Anordnungsfaktor F	8	4	2	1

Der Kopplungsfaktor hat großen Einfluss auf die Konstruktion des Helmholtzresonators. Durch ihn wird festgelegt, wie stark der Resonator bei seiner Resonanz dämpft. Ein großer Kopplungsfaktor bis zu 0,5 bewirkt dabei eine sehr starke Dämpfung der Resonanzstelle während kleines K um 0,02 die Resonanz nur sehr schwach dämpft. Durch geschickte Wahl des Aufstellungsortes, sowie Resonatorvolumen und Güte kann so jede Raumresonanz fast beliebiger Größe sehr effektiv vermindert werden.

In der Praxis wird es natürlich nicht wie in unseren Beispielen so sein, dass ein Resonator vorgegeben ist, von dem Werte berechnet werden müssen. Vielmehr wird das einzige, was durch die Messung vorgegeben ist die Resonanzfrequenz, die beiden Eckfrequenzen und das Ausmaß der Überhöhung sein. Wir wollen jetzt auch nur von diesen Werten ausgehen. Aus den gegebenen Frequenzen lässt sich leicht über

Q errechnen. Damit liegt die Güte unseres Helmholtzresonators bereits fest. Aus dem Ausmaß der Raumresonanz können wir einen Ungefährwert des Kopplungsfaktors bestimmen. Dieser Wert sollte zwischen 0,02 (kleine Überhöhung) und 0,5 (große Überhöhung) liegen.In der Formel für den Kopplungsfaktor sind nun noch zwei Unbekannte zu bestimmen, nämlich das Volumen V des Resonators sowie der Anordnungsfaktor F. Ist eine Aufstellung in der Raumecke möglich, so kann das Volumen gering gewählt werden. Kann der Helmholtz-Resonator allerdings nur in der Raummitte aufgestellt werden, so muss sein Volumen rund acht mal so groß ausfallen wie bei Eckaufstellung. Bei wandnaher Aufstellung halbiert sich sein Volumen gegenüber freier Aufstellung.

Damit liegt auch das Volumen des Resonators fest. Abschließend müssen wir die Größe der Öffnung in unserem Resonator herausfinden. Dazu setzen wir die bisherigen Ergebnisse in die Formel für Q ein (es kann auch die Formel für f_rverwendet werden, dann wird die Rechnung aber komplizierter und aufwendiger). Die Formel wird nach L/A aufgelöst:

Nun ist die Berechnung der Öffnungsmaße nicht mehr schwer. Man legt entweder A oder L beliebig fest und berechnet anschließend den benötigten übrigbleibenden Wert aus der obigen Formel.

Helmholtz-Resonator der Firma VATTER

Der praktische Aufbau des Resonatorgehäuses erfolgt am leichtesten aus Holz. Achten Sie beim Design darauf, dass die Öffnungsfläche auch wirklich in eine der Seiten hineinpasst. Problematisch für das durchschnittliche Wohnzimmer ist bisweilen das doch recht große Volumen. Insbesondere Resonatoren für Frequenzen unterhalb von 40Hz werden recht großvolumig. Nicht jeder hat den Platz sich unter Umständen mehrere große Holzkisten in die Wohnung zu stellen - ganz abgesehen vom optisch nicht sehr ansprechenden Äußeren der Holzkisten. Bisweilen können Helmholtz-Resonatoren aber geschickt in die Wohnung integriert werden. Beispielsweise in eine Regalwand, oder als Unterbau für einen Tisch. Fertig zu kaufende Modelle können gerade unter optischen Gesichtspunkten oft als Vorbild verwendet werden.

Tipp:

Wer sich die Berechnung des Helmholtz-Resonators erleichtern will, der sollte sich dieses Online-Berechnungsprogramm näher ansehen!

4. Verbesserung der Nachhallzeit im Tieftonbereich: Plattenschwinger

Neben den Helmholtz-Resonatoren existiert noch eine weitere Möglichkeit die Wiedergabe im Hörraum im Bereich tiefer Frequenzen zu verbessern. Dazu werden sogenannte Plattenschwinger verwendet. Ein Plattenschwinger ist bereits dann gegeben, wenn eine Holzplatte mit einigem Abstand zur Raumwand befestigt wird. Das hinter der Platte befindliche Luftvolumen und die Platte selbst ergeben dann ein Feder-Masse-System, das rund um eine Resonanzfrequenz f_rschwingt. Die Bandbreite dieser Absorber kann durch gezielte Materialauswahl beeinflusst werden. Wird dämpfendes Material hinter die Platte eingebracht, so verbessert sich deren Wirkung im oberen Bassbereich, wie folgende Skizze verdeutlicht.

Im Gegensatz zum Helmholtz-Resonator werden Plattenschwinger weniger zur Reduzierung stehender Wellen verwendet. Der Vorteil der Plattenschwinger liegt vor allem in der Möglichkeit die Nachhallzeit eines Raumes für tiefe Frequenzen zu manipulieren. Im Tieftonbereich zu hallige Räume können mit Plattenschwingern relativ unkompliziert verbessert werden.

Als Materialien zum Bau solcher Absorber eignet sich in erster Linie wie oben bereits erwähnt Holz. Häufig werden Sperrholz oder Hartfaserplatten wie MDF eingesetzt. Bedenken Sie vor allem auch, dass bereits so banale Dinge wie die Rückwand eines Schrankes, der nahe an der Wand steht, als Plattenabsorber angesehen werden können.

Die Berechnung eines solchen Systems ist im Detail sehr aufwendig, was die Verwendung im Heimbereich stark einschränkt. Im professionellen Bereich, wo entsprechendes Messequipment und unter Umständen aufwendig konstruierte Modellräume zur Verfügung stehen, wird diese Art der Absorber jedoch mit großem Erfolg eingesetzt.

Auswirkungen der Absorber

In den folgenden beiden Diagrammen sind die Auswirkungen von Tieftonabsorbern auf den Frequenzgang eines kleinen Raumes im Bassbereich gezeigt:

Frequenzgang eines kleinen Raumes mit Bassabsorbern und ohne

Im linken Diagramm ist ein Hörraum mit schallharten Wänden und ohne Bedämpfung dargestellt. Klar zu erkennen sind die heftigen Pegelschwankungen im gesamten dargestellten Bereich zwischen 20Hz und 200Hz. Diese Schwankungen sind ein klares Indiz für die starken Lautstärkeschwankungen im Bassbereich aufgrund stehender Wellen.

Im rechten Diagramm ist im Gegensatz dazu der Frequenzgang einesim Tieftonbereich gut gedämpften Raumes dargestellt. Beachten Sie vor allem den jetzt deutlich ausgewogeneren Frequenzgang zwischen 40Hz und 200Hz. Die Pegelschwankungen und damit die Lautstärkeunterschiede zwischen einzelnen Hörraumbereichen sind hier deutlich weniger ausgeprägt, was dem Klang zu gute kommt. Offensichtlich lohnt sich also eine Bedämpfung des Hörraumes im Bereich tiefer Frequenzen.

Herman von Helmholtz, 1821 - 1894

Quellenangaben:

Handbuch der Elektroakustik; Günther Boye, Urbi F. Herrmann; Hüthig Buch Verlag Heidelberg; ISBN:3-7785-1575-6
TMR Audio
Dokument zur 5. Internationalen Internet- und Multimedia-Tagung (Zürich, 24.10.2002); "Raumakustik und Multimedia"; Autor: Kurt Eggenschwiler
sengpielaudio.co.uk
EMPA/HSR-Tagung 2001; "Holz in der Raumakustik"; Autor: Kurt Eggenschwiler
Klang - Musik mit den Ohren der Physik; John R.Pierce; Spektrum der Wissenschaft; ISBN: 3-922508-72-3
Audio Consequent
Referat über Raumakustik

Computerprogramme zur Simulation der Raumakustik

Audio-Technik Grundlagenwissen vom Spezialisten