Akustik FAQ

Fragen und Antworten Raum-/Bauakustik

In dieser kleinen Sammlung greife ich verschiedene Fragen auf, die immer wieder zu den Themen Raum- und Bauakustik gestellt werden. Das Inhaltsverzeichnis mit Sprungfunktionen rechts auf dieser Seite bringt Sie direkt zu den Fragen, mit dem roten Pfeil unten rechts auf der Seite gelangen Sie wieder hierher. Ein Eintrag in den Newsletter (ganz unten auf der Seite) stellt sicher, dass Sie gelegentlich über Neueinträge informiert werden. Sie können das Formular auch für Anmerkungen nutzen oder selber eine Frage hinterlegen.

Geeignete Raumdimensionen

Ich habe festgestellt, dass die Dimensionen meines Raums nicht der "Bolt-Aerea" / nicht der Norm/Empfehlung XY entsprechen. Was soll ich tun?

Zunächst mal nicht verzweifeln. Empfehlungen zu Raumdimensionen sollen eine möglichst günstige Verteilung und Ausprägung der zwangsläufig entstehenden Raumresonanzen ergeben oder - um eigentlich noch etwas genauer zu sein - die denkbar ungünstigsten Modenabstände verhindern.

Wenn man einen Raum neu baut oder mehrere ansonsten gleich geeignete Räume zur Verfügung hat, dann können einem die Empfehlungen mindestens einen Hinweis darauf geben, welche Situation eine bessere Ausgangslage bietet. Genauso wie es aber Räume gibt, welche den Empfehlungen entsprechen und eine katastrophale Basswiedergabe haben, gibt es auch solche mit vermeintlich ungeeigneten Dimensionsverhältnissen, die sich ganz hervorragend machen.

Wenn das Ziel darin besteht eine hochwertige akustische Umgebung zu schaffen, wird man sowohl bei günstigen wie auch bei ungünstigen Ausgangslagen, ohnehin nicht darum herum kommen, sich mit der Situation und den daraus folgenden Konsequenzen für das akustische Gesamtkonzept vertieft Gedanken zu machen. Dabei spielen auch Überlegungen zur Wahl von Lautsprecher- und Hörpositionen eine wichtige Rolle, da diese letztlich darüber entscheiden, mit welcher Stärke eine Einkopplung in die einzelnen Moden erfolgt bzw. wie stark sie wahrgenommen werden. Beides wird bei den Empfehlungen der Raumproportionen nicht berücksichtigt.

Günstige/ungünstige Raumproportionen sind somit nur einer von vielen Faktoren, welche es zu berücksichtigen gilt.


Geeignete Raumhöhen

Ich plane einen Neubau. Welche Raumhöhe sollte ich für die Einrichtungen eines Tonstudios oder Heimkinos einplanen? Welche Raumhöhen sollte man beim Bau eines Proberaums, Aufnahmeraums oder Auditoriums oder einer Mehrzweckhalle anstreben?

In allen Fällen mit denen ich bisher zu tun hatte, wurde die maximale Raumhöhe letztlich durch das Budget vorgegeben. Man kann eigentlich fast nie genug Raumhöhe haben. Eine zu niedrige Raumhöhe schränkt akustische Massnahmen unter Umständen stark ein. Für akustisch optimierte Hörräume zur Nutzung als Tonstudioregie, HiFi-Höraum, Heimkino oder ähnliches, ist es von Vorteil wenn man an der Decke mindestens 150 mm für Akustikmassnahmen zur Verfügung hat. Natürlich ist dies nur eine grobe Faustregel; manchmal ist auch mehr sinnvoll, während man sich anderswo mit weniger zufrieden geben und sich buchstäblich nach der Decke strecken muss. Niedrige Raumhöhen werden generell dann zum Problem, wenn die Räume im Verhältnis dazu zu lang und/oder zu breit sind.

Volumen ist ein entscheidender Faktor, wenn es darum geht eine ausgewogene und genügend lange Nachhallzeit zu realisieren, weshalb man als Grundsatz fast schon sagen kann je höher, desto besser. Dies gilt besonders für Proben und Aufnahmen von Orchestern und akustischen Instrumenten.

Auch beim Bau eines Auditoriums oder einer Mehrzweckhalle spielt die Raumhöhe eine entscheidende Rolle. Für Sprachübertragungen (und teils auch andere Anwendungen) , richtet man sich dabei am sinnvollsten nach den Vorgaben der DIN 18041 ("Hörsamkeit in kleinen bis mittelgrossen Räumen"). Darin sind unter anderem auch die sogenannten Volumenkennzahlen festgeschrieben, das heisst das pro Person erforderliche Raumvolumen, welches eine adäquate akustische Übertragung gewährleistet.


Geeignete Wandschrägen

Welche Winkel sollten Wände haben, damit stehende Wellen / Raumresonanzen verhindert werden?

Selbst unter einigen Akustikern ist der Irrglaube verbreitet, durch nicht-parallele Flächen würden Raumresonanzen in irgendeiner Weise reduziert, aufgebrochen oder positiv beeinflusst. Besonders in den 70er Jahre haben die damals weltweit renommiertesten Raumakustiker Tonstudio-Regien mit asymmetrischen Aussenschalen konstruiert. Mit verehrenden und nicht mehr korrigierbaren Folgen für die Übertragung des Bass-Bereichs.

Bei gleichbleibendem Raumvolumen verändern sich durch die Geometrie weder Anzahl noch Summe der Energiedichte der Raumresonanzen. Hingegen verschieben sich die Frequenzlagen der Resonanzen und zwar in einer Weise, die nahezu nicht vorhersehbar ist. Wie eine komplizierte oder asymmetrische Raumform Position, Lage und Ausprägung der Resonanzminima- und-Maxima verändert, ist nur durch rechenintensive Simulationen zu bestimmen, die auf Finiter Elementmethode (FEM) beruhen. Abgesehen davon, dass es keine kommerziell verfügbare "Out-Of-The-Box-"Software gibt, welche zu diesen Berechnungen in der Lage ist, sind die Ergebnisse einer solchen Simulation ausserdem mit Vorsicht zu geniessen, da die nötigen Eingabeparameter in die Modelle meist nur angenähert werden können und auch weitere Einflussfaktoren (z.B. Möblierung des Raums) - wenn überhaupt - nur unzureichend abgebildet werden können.

Eine seriöse (Neubau-)Planung eines akustischen hochwertigen Raums wird deshalb vorzugsweise eine äussere Schale aufweisen, welche symmetrisch und quaderförmig ist. Wenn diese Aussenschale nun auch noch massiv ist, dann lässt sich mit sehr hoher Genauigkeit (und auch ohne komplizierte mathematische Modelle) voraussagen, wie sich die Resonanzen im Raum verhalten werden und welche Konsequenzen sich daraus für die Position von Lautsprechern, Hörplätzen oder das akustische Design ergeben.


Welches ist die tiefste Frequenz, welche in einem Raum noch erzeugbar/hörbar ist und wie kann ich diese berechnen?

Gelegentlich treffe ich auf die Meinung, Frequenzen unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz, die von den Raumdimensionen abhängt, liessen sich in einem Raum nicht mehr erzeugen und/oder hören, weil die Welle von Ihrer physischen Dimension her (Wellenlänge), ja gar nicht mehr in den Raum passt. Wer im Physikunterricht nicht geschlafen hat, weiss aber, dass Schall eine zeitliche und räumliche Druckänderung darstellt. Und diese stellt sich auch in kleinen Räumen auch bei tiefen (und sogar allertiefsten) Frequenzen ein.

Es ist im Gegenteil so, dass Frequenzen unterhalb der tiefsten Raummode aufgrund des Druckkammereffektes sogar ganz besonders gut übertragen werden. Einleuchtendes Beispiel ist hier der Kopfhörer, bei dem das winzig kleine Volumen des Aussenohrs (bei In-Ohr-Kopfhörern sogar nur ein Teil dieses Volumens) von einer winzig kleinen Lautsprechermembrane beschallt wird und trotzdem ohne weiteres auch tiefe bis sehr tiefe Frequenzen hörbar macht. (Damit hätten wir übrigens gerade auch geklärt, dass die Grösse einer Lautsprechermembrane keinen Hinweis darauf gibt, wie tief runter ein System spielt). So ganz grob und im Schnitt ist der Gehörgang des Aussenohrs rund 25 mm lang. Wenn die Theorie stimmen würde, dass die tiefste erzeugbare Frequenz von den Raumdimensionen abhängt, wäre also bereits unterhalb von ca. 7 kHz keine Übertragung/Wahrnehmung mehr möglich.


Was ist eigentlich der Unterschied zwischen Raumresonanzen, Raummoden, Raumeigentönen usw.?

Man kann über die Äquivalenz dieser Begriffe trefflich streiten und Haare spalten. Obschon ich selber ausgesprochen Wert auf eindeutige und korrekte Bezeichnungen lege, ist mir in all den Diskussionen bisher noch nie eine schlüssige und plausible Argumentation betreffend den begrifflichen Unterschieden begegnet. Ich erkenne zwar an, dass man Definitionsunterschiede finden kann, wenn man denn unbedingt will; aber auch diese werden in der Fachwelt keineswegs einheitlich gehandhabt. Deshalb halte ich es mit den meisten Fachleuten und Autoren und verwende die Begriffe synonym.


Behandlung von Erstreflexionen

Sind Erstreflexionen "böse"? Sollte man Erstreflexion immer bedämpfen?

In vielen "Kreisen" ist es heute gängige Praxis, Erstreflexionen der Lautsprecher (z.B. an den Seitenwänden) mit Absorbern generell zu bedämpfen. Die entsprechenden Empfehlungen sind allerdings inzwischen fast 50 Jahre alt. Die wissenschaftliche Erkenntnis hat sich inzwischen weiterentwickelt und hat längst nachgewiesen, dass die Sache etwas kompliziert ist. In der Akustik führen Pauschalrezepte meiner Erfahrung nach ohnehin bestenfalls zu oft mittelmässigen Zufallsergebnissen.

Abgesehen davon, dass gerade seitliche Reflexionen erhebliche Vorteile haben können, wird oft auch übersehen, dass mit einer Bedämpfung der Erstreflexionen auch das gesamte nachfolgende Schallfeld massgeblich beeinflusst wird. Wie jede andere akustische Entscheidung muss deshalb auch diese im Gesamtkontext gesehen werden. Das heisst: ohne Kenntnis der kompletten akustischen Situation und den vorgesehenen Zielen ist es nicht möglich zu sagen, ob man Erstreflexionen besser bedämpft oder andere Lösungen (Umlenkungen durch Reflektoren, "Aufbrechen" mittels Diffusoren) vorzieht.

Das Ganze ist (oder sollte zumindest) auch stark von der Anwendung abhängig. So verfolge ich z.B. bei Tonstudios einen anderen Ansatz zur Behandlung von Erstreflexionen als bei der Konzeption eines HiFi-Hörraums und bei einem Heimkino gehe ich noch einmal anders vor. Und auch hierbei natürlich nicht in jedem Fall völlig gleich. Auch wenn dies nicht jeder Akustiker gleich macht und es ein Stück weit auch eine Philosophie-Frage sein mag, habe ich sehr gute Argumente für meine jeweiligen Entscheidungen. Die besten davon liegen aber letztlich in der Zufriedenheit meiner Kunden.


Diffusoren vs. Absorber

Sind Diffusoren zur Kontrolle der Akustik nicht besser geeignet als Absorber? An welchen Stellen im Raum sollte ich Diffusoren anbringen?

Ein weiterer weitverbreiteter Mythos lautet, dass Diffusoren im Gegensatz zu einem Absorber die Nachhallzeit nicht beeinflussen, weil sie dem Raum im Gegensatz zu Absorbern angeblich keine Energie entziehen. Dies ist in zweierlei Hinsicht falsch. Zum einen führt alleine schon die Tatsache der veränderten Schallwege im Raum, welche der Diffusor ja bewirkt zu einer signifikanten, typenabhängigen "indirekten Absorption". Hinzu kommt, dass die meisten Diffusoren viele und teils sehr harte Kanten aufweisen, welche zu beträchtlichen viskosen Verlusten führen. Ebensolche entstehen auch durch Resonanzeffekte in den (Teil-)Strukturen eines Diffusors und den damit verbundenen Ausgleichsflüssen zwischen Ihnen.

Bezügich des letzerwähnten Punktes ist zudem anzumerken, dass Diffusoren keinesfalls mit einer Stoffabdeckung versehen werden sollten, da eine solche, selbst wenn sie nur sehr dünn ist, aufgrund der hohen Schallschnelle, die an den Kanten entsteht, zu einer überaus starken Absorption führt.

Die Platzierung von Absorbern ist hochgradig vom Gesamtkontext abhängig. Es ist sinnlos einen Diffusor einfach irgendwo aufzuhängen ohne sich detailliert zu überlegen, woher der Schall kommt, der auf ihn trifft, wohin der gestreute Anteil projiziert wird und wie er sich wiederum an diesen Flächen verhält. Dies wird erstaunlich oft auch von gestandenen Akustikern übersehen und viel zuwenig beachtet.

Aus diesem Grunde gilt hier das gleiche, was bei allen akustischen Planungen gilt: Eine Empfehlung zu einem einzelnen akustischen Element ohne den gesamten akustischen Kontext zu kennen ist in meinen Augen schlichtweg unseriös und im Endergebnis unbrauchbar.


Equalizer und Raumkorrekturprozessoren

Beim Einsatz von Equalizern oder Raumkorrekturprozessoren erübrigt sich doch eigentlich die Ergreifung von raumakustischen Massnahmen?

Automatische Einmess-Systeme, wie sie immer öfter in Receivern zu finden sind und auch von einigen Herstellern von Studio-Monitoren oder als Standalone Software/Hardware-Variante angeboten werden, mögen durchaus in einigen Fällen Sinn ergeben. Tatsache ist aber auch, dass unabhängig von den blumigen und vollumdigen Versprechungen, kein elektronisches Gerät Mängel des Raum beheben kann. Deshalb ist auch der Begriff "Raumkorrektur", der von eingen ins Feld geführt wird, falsch und irreführend. Eine Ausnahme stellen aktive Absorber dar, zu denen Sie hier einen ausfühlichen Fachartikel finden.

Der wesentliche Grund dafür liegt darin, dass einfache Equalizer - unabhängig davon, ob man diese selber einstellt oder ob es sich um selbsteinmessende Varianten handelt - Direktschall, Reflexionen und Diffusschall nur gemeinsam bearbeiten können. Wenn das Problem aber daran liegt, dass beispielsweise eine Reflexion eine andere Klangfärbung hat, als der Direktschall und dies zu einer hörbaren Beeinträchtigung führt, dann ist dies durch einen Equalizer nicht korrigierbar.

Auch in den Zeitbereich kann ein solches System nicht in gewünschter Weise eingreifen (auch wenn dies von einigen Herstellern behauptet wird). Viele raumakustische Probleme finden aber gerade im Zeitbereich statt bzw. kann dieser nicht unberücksichtigt bleiben.


Schallschutz

Ich möchte den Schallschutz innerhalb der Wohnung / zu meinen Nachbarn verbessern. Wie soll ich vorgehen?

Sobald es um Schallschutz geht, sollten Sie definitiv daran denken, einen Profi zu engagieren. Eine Ausnahme ist vielleicht, wenn es ein einzelnes Element wie eine Türe oder ein Fenster gibt, welches ganz offensichtlich eine Schwachstelle darstellt, welche gegenüber den Wänden und der Decke abfällt. Dann kann man durch eine punktuelle Massnahme (z.B. Dichtungen ersetzten, Anpressdruck erhöhen, Türblatt verstärken) durchaus eine Verbesserung erzielen. Sobald es aber darum geht, Wände, Decken und Boden aufzudoppeln sollte man schon sehr genau wissen was man tut. Im Gegensatz zu einfachen Raumakustikmassnahen (Aufhängen von einzelnen Absorbern etc.) lassen sich die Vorkehrungen in der Regel auch nicht mehr ohne grösseren Aufwand rückgängig machen, falls sie sich als untauglich erweisen.

Eines der Probleme liegt darin, dass jedes System ein Resonanzverhalten hat, welches ausgehend von der Situation und den Anforderungen abgestimmt werden muss. Andernfalls besteht das Risiko, dass der Schallschutz - etwa nach dem Bau einer Vorsatzschale in Leichtbauweise - sogar noch schlechter ist als vorher oder im etwas günstigeren Falle keine wesentliche Verbesserung erzielt.

Bezüglich Schallschutz müssen Strukturen oft von der Gebäudehülle mechanisch entkoppelt werden. Welche Federlemente dazu zu verwenden sind, in welchem Raster diese angebracht werden müssen und wie stark man sie belasten muss, ist eine Sache die alles andere als trivial ist. Wird es nicht richtig gemacht, dann verschenkt man viel Potential oder gefährdet sogar die Baustabilität.

Besonders im Bassbereich, der ja oft besonders störend ist und sich gut überträgt, hat Schall die unangenehme Eigenschaft, sich nicht nur direkt über die angrenzenden Wände in einen Raum zu übertragen, sondern auch durch alle anderen Wände, den Boden die Decke und dies ohne weiteres auch mal über mehrere Stockwerke eines Gebäudes hinweg. Es kann also sein, dass man eine Wand zum angrenzenden Raum verstärkt, dies aber nahezu ohne Wirkung bleibt, weil die genannten Flankenübertragungswege einen grösseren Einfluss haben, als die direkt trennende Wand selbst. Wer sich zutraut, solche Abschätzung selber vorzunehmen: nur zu.

Wirksamer Schallschutz ist ausserdem oft Detailarbeit. Bereits kleinste Schwachstellen können ein gesamtes Konzept völlig zunichte und wirkungslos machen und setzten deshalb einen umfassenden Überblick voraus.


Lautsprecher-Wandeinbau

Welche Vorteile hat es, Lautsprecher flächenbündig in die Wand einzubauen ("Flush Mounting") und was ist dabei zu beachten?

Ein flächenbündiger Wandeinbau von Lautsprechern wird oft in Tonstudios, Kinos, teils auch in Heimkinos vorgenommen. Bevor ich auf die Vorteile eines Einbaus zu sprechen komme, sollte man sich auch den Nachteilen bewusst sein: Offensichtlich ist dieses Konzept unflexibel was nachträgliche Positionsänderungen betrifft, die nur durch aufwändige Neu- oder Umbauten der betroffenen Wandflächen möglich sind. Genaue Positionen, Winkel und Aufstellungen der Lautsprecher müssen folglich sehr sorgfältig geplant werden. Auch ein nachträglicher Austausch der Lautsprecher durch Modelle mit anderen Dimensionen ist nur eingeschränkt möglich, wenn die Wand erstmal fertig gebaut ist.

Bild: Tonstudio mit flächenbündig eingebauten Far-Field-Monitoren in einer eigens dafür konstruierte Betonwand, kurz vor Ende der Bauphase.

Wandeinbau Lautsprecher

Nicht unterschätzen sollte man, dass der Einbau nicht trivial ist, da es eine Reihe von Punkten zu beachten gilt, welche ich im später kurz skizzieren werde. Zunächst aber zu den erheblichen Vorteilen, welche ein Wandeinbau gegenüber einem freistehenden Lautsprecher aufweist:

  • Ein korrekt eingebauter Lautsprecher strahlt nur noch in den Halbraum (statt annähernd in den Vollraum ab), was zusammen mit dem veränderten Strahlungswiderstand im Bassbereich zu einer Pegelerhöhung von 6 dB führt. Dies ist gleichbedeutend mit identischem Pegel bei vierfach geringerer Leistung und damit erheblich geringeren nichtlinearen Verzerrungen.
  • Nahe Grenzflächen an Lautsprechern führen zu Auslöschungen im Amplitudenfrequenzgang, da sich abhängig von der Wellenlänge / Frequenz destruktive Interferenzen des direktabgestrahlten und an der Fläche reflektierten Schalls in Form eines Kammfiltereffekts ergeben. Bei einem korrekten Einbau treten diese Interferenzen nicht auf.
  • Bei einem freistehenden Lautsprecher wandert der Schall entlang der Schallwand (Gehäuse), bis er an den Begrenzungskanten angelangt ist. Dort ändert sich schlagartig die Impedanz, was zu einer Reflexion führt. Durch deren Überlagerung mit dem direktabgestrahlten Schall kommt es zu Interferenzen, welche die Abbildung beinträchtigen und zu zeitlichen und räumlichen "Verschmierungen" führen. Da bei einem flächenbündigen Wandeinbau keine solche Kantendiffraktionen auftreten, ist die Steroabbildung erheblich präziser und die einzelnen Quellen sind deutlicher "auf den Punkt" lokalisierbar.

Beim flächenbündigen Lautsprechereinbau sind einige wichtige Punkte zu beachten:

  • Der Lautsprecher muss vom Hersteller für den Wandeinbau vorgesehen sein. So darf er z.B. keine hinten liegende Bassreflex-Öffnungen aufweisen (es gibt teilweise Einbau-Konzepte, die dies umgehen, aber diese sind Murks und ich lehne sie deshalb ab, weil sie eine Reihe von Problemen verursachen, die sich nicht befriedigend lösen lassen). Bei aktiv betriebenen Lautsprechern muss der Verstärkerteil aus dem Gehäuse ausgebaut werden können, weil andernfalls die aufgestaute Wärme durch die Wand hindurch nicht gewährleistet ist (auch hierfür gibt es zwar Lösungen, die aber das Konzept meist schwächen und ebenfalls Folgeprobleme auslösen).
  • Die Wand muss möglichst gross sein, um eine Schallbeugung um sie herum zu vermeiden. Idealerweise muss sie die gesamte Begrenzungsfläche (z.B. Frontwand einnehmen).
  • Falls der Lautsprecher nicht explizit für den (ausschliesslichen) Wandeinbau konzipiert ist, muss eine sogenannte "Baffle Step"-Korrektur mit einem Equalizer vorgenommen werden, um den Frequenzgang zu linearisieren.
  • Die Wand muss möglichst massiv sein. Wenn immer möglich achte in meinen Konzepten darauf, dass sie aus Beton bestehen. Leichtere Wände sind besser als gar keine, aber eine einzelne Gipskartonlagen ist meist nicht ausreichend und kann auch ein äusserst ungünstiges Schwingungsverhalten produzieren, welches bei der Planung im Auge behalten werden muss.
  • Die Wand muss möglichst dicht an die Lautsprecher anschliessen, allfällige Hohlräume müssen mit Isolation ausgestopft und dann mit einer festen Abschlussleiste überdeckt werden.
  • Die Lautsprecher dürfen die Wand keinesfalls in Schwingungen versetzen. Die Lautsprecher sind deshalb mechanisch fachgerecht zu entkoppeln, wobei darauf zu achten ist, dass die Resonanzfrequenzen möglichst unter 10 Hz liegen. Ich stütze die Lautsprecher dabei nie auf der Wand selbst ab, sondern baue entweder einen Sockel, der keine Berührung mit der Wand hat und auf dem der Lautsprecher dann gelagert entkoppelt wird. oder ich hänge die Lautsprecher mit Federtöpfen von der Rohdecke ab.

Das folgende Foto zeigt flächenbündig eingebaute Lautsprecher in eine dafür erstellte Betonwand während der Bauphase (eine zeitlich spätere Bauphase sehen Sie im vohergehenden Bild). Der Lautsprecher steht auf einem Sockel und ist von diesem mittels einem Elastomer entkoppelt. Der Sockel selbst (zu erkennen an den beiden grauen Quadraten nahe der Bodenkante und der Platte auf dem der Lautsprecher abgesetzt ist) hat keinerlei mechanische Verbindung mit der Wand in/hinter der er steht. Auf dem Lautsprecher kommt später noch eine schwere Granitplatte zu liegen, einerseits um Schwingungen des Gehäuses zu reduzieren, aber auch um die geeignete Masse auf das Elastomer zu bringen, welche die nötige Frequenzabstimmung bringt. Die verbleibenden Lücken zwischen der Wand und dem Gehäuse werden zum Schluss noch mit Isolation befüllt und dann mit Leisten abgedeckt. Bei letztere ist wiederum darauf zu achten, dass die Montage keine mechanische Verbindung zwischen Gehäuse und Wand herstellt.

Tonstudio Flush Mount

Wasserfalldiagramme

Wie interpretiert man Wasserfalldiagramme und was gilt es dabei besonders zu beachten? Wie kann ich die Nachhallzeit aus einem Wasserfalldiagramm ablesen?

Wasserfalldiagramme sind tolle Hilfsmittel, wenn es darum geht, das zeitliche Verhalten von Schallsignalen in einem Raum zu analysieren. Eine Interpretation ist aber oft nicht ganz einfach und häufig sind Fehleischätzungen die Folge.

Ein Wasserfalldiagramm zeigt drei Dimensionen des Schallsignals gleichzeitig nämlich die Frequenz (meist auf der X-Achse), den Pegel (Z-Achse/farbliche Codierung) und den zeitlichen Verlauf (Y-Achse). Um dieses Diagramm zu generieren zerlegt die Software das Zeitsignal in einzelne Abschnitte und berechnet eine Schnelle Fourier Transformation (FFT) auf diese einzelne Zeitsegmente. Wie das Ergebnis ausfällt ist massgeblich von den Parametern abhängig, auf welcher die FFT beruht. So liegt es in der grundlegenden physikalischen Natur einer solchen Analyse, dass die Frequenzauflösung umso schlechter wird, je genauer die Zeit aufgelöst wird und umgekehrt. Man muss sich in der Praxis also entscheiden, wo man die Kompromisslinie zwischen der zeitlichen und der frequenzmässigen Verschmierung ziehen will. Dies ist anhand der folgenden Abbildungen ersichtlich.

Wasserfalldiagramme

Ausgangslage ist das mittlere, hochaufgelöste Wasserfalldiagramm, welches ich erstellt habe, um für eine bestimmte Reflexion um ca. 55 Millisekunden (Pfeil) herauszufinden, welche Frequenzen sie enthält. Der dargestellte Zeitabschnitt beträgt lediglich 80 Millisekunden. Die zeitliche Auflösung der FFT liegt bei rund 12 Millisekunden, was es mir erlaubt, die Reflexion des Interesses zeitlich genügend gut von anderen zu isolieren. Der Nachteil ist allerdings, dass dadurch die Frequenzdarstellung derart verschmiert ist, dass die Auflösung nur noch 86 Hz beträgt (z.B. erkennbar an den durchgehend, breiten "Bergkämmen" zwischen 125 und 250 Hz).

Versuche ich nun, eine bessere Frequenzauflösung zu erreichen, sagen wir z.B. 22 Hz (also rund Faktor 4 besser), dann hat dies zur Folge, dass sich die zeitliche Auflösung um ungefähr Faktor 4 verschlechtert, nämlich auf ca. 46 Millisekunden. Dies ist im linken Wasserfalldiagramm dargestellt. Die bessere Frequenzauflösung nützt mir also überhaupt nichts, da sie nun mit einer zeitlichen Verschmierung einhergeht, die es mir nicht mehr erlaubt, die gewünschte Reflexion isoliert von anderen zu betrachten.

Beim Wasserfalldiagramm ganz rechts habe ich schliesslich die Zeit noch stärker segmentiert als im Ausgangsbeispiel, nämlich auf 2,9 ms, wodurch die Frequenzauflösung auf rund 345 Hz sinkt (u.a. daran zu erkennen, dass unterhalb von dieser Grenzfrequenz gar nichts mehr dargestellt wird). Abschliessend zu diesem Beispiel sei darauf hinweisen, dass diese Einschränkung (eine Genauigkeit des einen hat zwangsläufig eine Ungenauigkeit des anderen zur Folge) nicht Software-spezifisch ist, sondern eine grundlegend physikalische Grenze darstellt, die technisch nicht überwunden werden kann.

Wie das Ergebnis einer Wasserfallanalyse optisch dargestellt wird, und damit auch welche Informationen daraus zu gewinnen sind und welche Details unsichtbar bleiben, ist also sehr stark von den eingestellten FFT-Parametern abhängig. Darüber hinaus spielt auch die Fensterung ("Windowing") mit der die einzelnen Zeitsegemente separiert werden, sowie Definitipn und Verlauf einer allfälligen Überlappung mehrerer Abschnitte eine Rolle. Bei einfachen Messprogrammen sind (die meisten) dieser Parameter fix vorgegeben - nicht selten ohne, dass der Anwender sich den daraus folgenden Konsequenzen für die Interpretation überhaupt bewusst ist. Bei professionellen Mess-Programm kann man die genannten Einstellungen als Anwender selber vornehmen - und damit aus ein- und denselben Daten nahezu jede beliebige Grafik "basteln".

Oder anders gesagt: traue keinem Wasserfalldiagramm, welches Du nicht selber angefertigt hast. Am ehesten eigen sich die Grafiken für direkte, unter identischen Einstellbedingungen generierte Vorher-/Nachher-Vergleiche, etwa wenn akustische Elemente in den Raum eingebracht oder aus diesem entfernt werden. Ein einzelnes Diagramm ohne Kenntnis der dahinterstehenden Berechnung ist hingegen fast vollständig nutzlos.

Eine andere Interpretationsfalle: Das folgende Bild zeigt links ein Wasserfalldiagramm aus dem es so scheint, als würde der gemessene Raum bei z.B. 2 kHz deutlich schneller abklingen, als bei 500 Hz. Während der erstgenannte Frequenzbereich bereits nach etwa 200 ms aus der Grafik verschwunden ist, hält der erstgenannte Bereich fast doppelt so lange an. Dieser Eindruck entsteht aber nur, weil bei den höheren Frequenzen bereits der Ausgangspegel, das heisst das erste Zeitsegment, welches den Direktschall des Lautsprechers und erste frühe Reflexionen enthält, deutlich geringer ist. Eliminiert man diesen Effekt (in diesem Falle indem man den unausgeglichenen Frequenzgang des Lautsprecher equalisiert), sieht das Bild auf einmal ganz anders aus, nämlich so wie in der Abbildung rechts. Nun sind die Abklingvorgänge annähernd gleich, der Raum verhält sich also im dargestellten Frequenzbereich ausgesprochen homogen, was sein zeitliches Verhalten betrifft.

Wasserfalldiagramme

Einige Leute stellen die Pegelachse eines Wasserfalldiagramms so ein, dass ein Dynamikumfang von 60 dB entsteht und glauben dann, daraus die Nachhallzeit ablesen zu können: An der Zeitstelle, an der die "Berge" verschwinden, soll demnach die Nachhallzeit der entsprechenden Frequenz liegen. Wie gezeigt, ist dies eine irreführende Annahme - eimal abgesehen davon, dass diese Methode selbst bei identischem Ausgangspegel aller Frequenzen nicht das korrekte Ergebnis einer Nachhallzeit liefern würde.

Ein weiteres Beispiel wie einem Wasserfalldiagramme in die Irre führen können zeigt das folgende Beispiel.

Wasserfalldiagramme

Die optische Darstellung lenkt den Blick unweigerlich auf die langen Ausläufer, welche störende Raumresonanzen suggerieren. Das weitaus gravierende und akustisch sehr viel schwieriger zu lösende Problem dieses Raums besteht allerdings in der ausgeprägten Senke zwischen 80 und 100 Hz. Aufgrund ungünstiger Raumproportionen entfällt hier jegliche Stützung des Schallfeldes durch axiale Moden. Die Resonanzerscheinungen sind hier hingegen überhaupt nicht problematisch und stellen sich als faktisch unhörbar heraus.

Wenn man das einmal weiss, ist der Sachverhalt in diesem Beispiel recht offensichtlich. In der Praxis treten viele Fälle auf, die sehr viel schwieriger korrekt einzuordnen sind. Generell besteht die Tendenz, bei der Interpretation von Wasserfalldiagrammen Überhöhungen und lange Ausläufer zu überschätzen, während man Senken im Frequenzgang tendenziell übersieht oder deren Wirkung stark unterschätzt.

Aufgrund des starken optischen Bias, besteht latent die Gefahr, aufgrund der Länge der Auslöser auf deren Hörbarkeit zu schliessen. Dies ist zwar oft, aber eben nicht immer der Fall, weil man dies nicht ohne Berücksichtigung psychoakustischer Effekte beurteilen kann. Anders gesagt: Nicht alles was man misst ist hörbar und nicht alles was hörbar ist, ist (mit dieser Methode) auch messbar. Dies ist zwar bei allen akustischen Messungen der Fall; mir scheint die Problematik der Missinterpretation aber bei Wasserfalldiagrammen besonders hoch.


Informationsquelle Internet

Wie verlässlich sind Informationen aus dem Internet und welches sind die Alternativen?

Egal welches Fachgebiet man sich anschaut, ist die Feststellung immer die gleiche: Die Menge an Fehlinformationen, Mythen und Widersprüchlichkeiten übersteigt die nützliche Information bei weitem. Das Problem dabei ist, dass man verlässliche, gute Informationen (die es ohne jeden Zweifel gibt) praktisch nur dann erkennen kann, wenn man die Inhalte bereits so gut verstanden hat, dass man sie eigentlich gar nicht mehr benötigt.

Im Internet findet man bekanntlich alles, so zum Beispiel auch viele Berechnungsformeln für irgendetwas, die zwar hinten und vorne nicht stimmen, sich aber so verselbstständigt und repliziert haben, dass man die richtigen Informationen kaum mehr findet.

Auch Wikipedia ist so ein Fall, bei dem man manchmal nur noch kopfschüttelnd vor dem Bildschirm sitzt. Ich habe eine Zeitlang mal den Versuch unternommen, zwei, drei Abschnitte zu korrigieren. Es dauerte keine drei Tage, da waren meine Korrekturen auch schon wieder gelöscht und nun steht der genaue gleiche Mist wie vorher drin.

Markus Zehner Akustik

Auch Diskussions-Foren entwickeln eine ganz eigene Dynamik, die sich unabhängig vom Thema in allen Communities feststellen lässt: die die am lautesten schreien und am meisten posten sind nicht immer diejenigen, die am meisten wissen; auch dann nicht, wenn sich die "Regulars" beständig und selbst beim grössten Unsinn gegenseitig auf die Schultern klopfen und bestätigen.

Mein Tipp: Wenn Sie sich seriös weiterbilden wollen, dann investieren Sie besser in gute Kurse (zugegeben, das war jetzt schamlose, plumpe Eigenwerbung) oder lesen Sie gute Bücher (Literaturempfehlungen). Damit nutzen Sie die Zeit sehr viel besser und der Nutzen wird um ein Vielfaches höher sein.

P.S. Ich hoffe, dass ich mit diesem Abschnitt jetzt nicht gerade diese ganze FAQ-Seite hier ad absurdum geführt habe ;-)


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