Ob HiFi-Lautsprecher, Heimkino, Aufnahmestudio oder Kino – das Lautsprechersystem interagiert mit dem Raum. Nationale Baunormen legen in der Regel die Schalldämmleistung von Häusern fest, berücksichtigen jedoch in der Regel nicht die Behandlung von reflektiertem Schall. Ungestörte Räume führen in der Regel zu Engpässen aufgrund von Raumstörungen, unabhängig von der Qualität der Lautsprecher. Daher sind akustische Behandlungsmaterialien unerlässlich.
Akustische Behandlungsmaterialien lassen sich grob nach ihrer Funktion in schallabsorbierende , schalldämpfende und schalldämmende Materialien unterteilen. Neben herkömmlichen Schallabsorptionsplatten gibt es auch Tieftonfallen, die gezielt tiefe Frequenzen absorbieren. Zunächst möchte ich jedoch den Unterschied zwischen schallabsorbierenden und schalldämmenden Materialien erläutern. Hier liegt oft ein Missverständnis. Um diesen Unterschied zu verstehen, muss man zunächst wissen, wie sich Schall ausbreitet, nachdem er auf Wände getroffen ist.
Auftreffender Schall – Reflektierter Schall = Schallabsorptionsgrad
Einfallender Schall – Übertragener Schall = Übertragungsverlust
Ein Teil des Schalls wird von der Wand absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt.
Aus der obigen Beziehung lässt sich leicht ableiten, dass Schalldämmung lediglich eine möglichst geringe Schallübertragung gewährleisten muss, aber nicht unbedingt eine gute Schallabsorption gewährleistet. Hier ein extremes Beispiel: Wenn die Wand eines Raumes eine sehr glatte, doppelschichtige Wand ist, ist die Schalldämmung aufgrund der doppelschichtigen Konstruktion sehr gut. Da die Wand jedoch sehr glatt ist, ist der reflektierte Schall, insbesondere der Hochfrequenzbereich, sehr stark und die Schallabsorption ist sehr schlecht.
Tatsächlich gibt es sehr verbreitete ähnliche Konstruktionen, wie beispielsweise doppelschichtiges Schallschutzglas, das zwar eine gute Schalldämmung bietet, aber aufgrund der glatten Oberfläche des Glases den reflektierten Schall sehr stark beeinflusst. Solches doppelschichtige Schallschutzglas hat nahezu keine Schallabsorptionswirkung.
Gleichzeitig weisen herkömmliche schallabsorbierende Materialien meist nur mittelmäßige Schalldämmeigenschaften auf und sind meist nicht so gut wie Wände gleicher Dicke.
Schallabsorbierendes Material
Herkömmliche schallabsorbierende Materialien sind poröse Materialien, die wissenschaftlich als akustische Widerstandsmaterialien bezeichnet werden. Schallwellen sind im Wesentlichen Schwingungen. Genauer gesagt handelt es sich bei Lautsprechersystemen um Luftschwingungen. Werden Luftschwingungen auf dieses schallabsorbierende Material übertragen, werden diese durch die feine poröse Struktur allmählich abgebaut und in Wärmeenergie umgewandelt.
Je dicker das schallabsorbierende Material ist, desto mehr solcher kleinen Hohlräume befinden sich in Schallausbreitungsrichtung und desto besser ist die Absorptionswirkung bei zufällig oder unter kleinem Winkel einfallendem Schall.
Andererseits haben akustisch widerstandsfähige, schallabsorbierende Materialien eine niederfrequente Grenzfrequenz für eine effektive Absorption, die üblicherweise mit der Dicke des schallabsorbierenden Materials zusammenhängt, die etwa 1/4 der Wellenlänge benötigt. Daher ist es für akustisch widerstandsfähige, schallabsorbierende Materialien nahezu unmöglich, niedrige Frequenzen zu absorbieren, und für niedrige Frequenzen sind andere Arten von Verarbeitungsmaterialien erforderlich.
Gleichzeitig hängt der Schallabsorptionsgrad von schallabsorbierenden Materialien auch vom Einfallswinkel des Schalls ab. So kann beispielsweise eine hochdichte Faserplatte Schall in großen Winkeln reflektieren.
Diffusionsmaterial
Zunächst müssen wir noch verstehen, was Schalldiffusion ist bzw. welche Rolle Diffusionsmaterialien spielen.
Trifft Schall auf eine Wand, tritt ein Teil des Schalls in geometrischer Richtung aus und breitet sich weiter aus. Dieser Prozess ist jedoch in der Regel keine absolute Spiegelreflexion. Bei einer idealen absoluten Reflexion sollte der Schall nach dem Durchdringen der Oberfläche exakt in geometrischer Richtung austreten, und die Energie in Austrittsrichtung sollte mit der Einfallsrichtung übereinstimmen. Der gesamte Prozess geht energiefrei, was als fehlende Diffusion oder, in der Optik, allgemein als Spiegelreflexion verstanden werden kann.
Bei idealer Diffusion gibt es keine Hauptabstrahlrichtung. Der Schall breitet sich nach dem Auftreffen auf eine Oberfläche gleichmäßig in alle Richtungen im Raum aus. In der Optik wird dies allgemein als diffuse Reflexion verstanden.
Natürlich hängt all dies auch von Faktoren wie der Wellenlänge des Schalls ab. Die tatsächliche Hörumgebung erfordert nicht nur eine gewisse Diffusion, sondern sollte auch starke Reflexionen, wie beispielsweise durch raumhohe Glasflächen, vermeiden. Dies bedeutet jedoch, dass der reflektierte Schall komplexer ist und der Rechenaufwand höher ist.
Manchmal ist eine gewisse Menge an reflektiertem Schall erforderlich. Wenn jedoch keine besonders starke Schallreflexion erforderlich ist, können Diffusionsmaterialien an den entsprechenden Stellen platziert werden. Ein weiteres Beispiel: Wenn ein Raum mit schallabsorbierenden Materialien gefüllt ist, absorbiert er manchmal zu viel Schall. Diffusionsmaterialien können frühe Reflexionen reduzieren und gleichzeitig späte Reflexionen gewährleisten, sodass auch kleine Räume einen gewissen Nachhalleffekt aufweisen können. Für Stereo-Lautsprechersysteme empfiehlt sich eine gewisse Menge an Diffusionsmaterial im Raum. Bei Heimkinosystemen kann die Diffusionsmenge entsprechend reduziert oder manchmal ein vollständig schallabsorbierendes Design gewählt werden.
Wie bereits erwähnt, hängt die niedrigste effektive Frequenz des Diffusionsmaterials bzw. die niedrigste Diffusionsfrequenz von der Größe der Vorsprünge des Diffusors ab. Je mehr Vorsprünge der Diffusor hat, desto niedriger ist die Frequenz, die effektiv gestreut werden kann.
Es gibt auch Fälle, in denen dieser Diffusortyp die Optik einer römischen Säule aufweist und gleichzeitig ein ästhetisches Design vermittelt. Da die Räume vieler Audiophiler derzeit nicht groß sind, ist ein solcher Diffusor möglicherweise nicht erforderlich. Die effektive Frequenz einer quadratischen Restdiffusionsplatte liegt im Allgemeinen bei etwa 700–1000 Hz. Manchmal sollte die Wahl der Frequenz auch von Fall zu Fall erfolgen.
Gleichzeitig benötigen unsere üblichen HiFi-Lautsprechersysteme, Heimkinos und andere kleine Heimkinoanlagen keine übermäßig hervorstehenden Diffusoren. Da die Schalldiffusion üblicherweise mit geometrischen akustischen Begriffen erklärt wird, fällt sie, sobald die Frequenz niedriger als die übermäßige Frequenz des Raumes ist, in die Kategorie der Wellenakustik. Auch müssen Diffusionsmaterialien für kleine Räume in der Regel nicht so dick sein wie solche für Opernhäuser und Konzertsäle.
Bassfalle
Wie bereits erwähnt, ist es nahezu unmöglich, dass schallabsorbierende Materialien mit hohem Schallwiderstand tiefe Frequenzen effektiv absorbieren. Für die Absorption tiefer Frequenzen werden oft Materialien benötigt, die auf anderen Prinzipien beruhen.
Der Helmholtz-Resonator ist eine weit verbreitete akustische Struktur, die oft zur Reduzierung von Auspuffgeräuschen bei Autos und Motorrädern eingesetzt wird. Das Prinzip besteht darin, eine kleine Öffnung in einem Hohlraum V zu öffnen und ein kurzes Rohr anzuschließen, um das einfachste Gerät, den Helmholtz-Resonator, zu bilden. Wird die Luftsäule S im Rohr gestört und gelangt in den Hohlraum, wird das Gas dort komprimiert und der Druck steigt. Die Einwärtsbewegung der Luftsäule S wird blockiert und sie bewegt sich stattdessen nach außen. Nach Erreichen der Gleichgewichtslage bewegt sie sich aufgrund der Trägheit weiter nach außen. Sinkt nun der Druck im Hohlraum, stoppt die Luftsäule S ihre Auswärtsbewegung und bewegt sich anschließend nach innen – der Zyklus wiederholt sich.
Membranresonanz-Schallabsorber sind eine weitere Art von Schallabsorptionsmaterial für niedrige Frequenzen , das üblicherweise in architektonischen Konstruktionen wie mehrschichtigen Wandkonstruktionen eingesetzt wird.
Aufgrund von Faktoren wie stehenden Raumwellen entsteht in bestimmten Frequenzbändern üblicherweise zusätzliche Verstärkung, was zu niederfrequenten „Rumpeln“ führt. Tieftonfallen können die durch diese Raummoden verursachten Störspitzen bis zu einem gewissen Grad eliminieren. Natürlich können auch Methoden wie mehrere Subwoofer oder digitale DSP-Signalverarbeitung eingesetzt werden.
Schallschutzmaterialien
Wie bereits ausführlich erläutert, unterscheiden sich Schalldämmung und Schallabsorption von Materialien. Schallabsorbierende Materialien nutzen oft die feine Porenstruktur im Material. Diese kleine Lochstruktur führt jedoch in der Regel auch zur Schallwellenübertragung. Um eine weitere Schallübertragung und -ausbreitung zu verhindern, ist es notwendig, die Hohlraumstruktur so weit wie möglich zu reduzieren und die Materialdichte zu erhöhen.
Die Schalldämmung von Schalldämmmaterialien hängt in der Regel von ihrer Dichte ab. Der Kauf von hochdichten Schalldämmmaterialien kann die Schalldämmung eines Raumes weiter verbessern. Einlagige Schalldämmmaterialien weisen jedoch manchmal Einschränkungen auf. In diesem Fall kann eine doppellagige Schalldämmung eingesetzt werden, bei der den beiden Lagen zusätzliche Dämpfungsmaterialien hinzugefügt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass die beiden Lagen möglichst nicht die gleiche Dicke aufweisen, um Wiederholungen gleicher Frequenzen zu vermeiden. Bei Bau- und Renovierungsarbeiten sollte zunächst das gesamte Haus schallgedämmt und anschließend Schallabsorptions- und -diffusionsmaßnahmen durchgeführt werden.
Akustische Maßnahmen sind für Lautsprechersysteme unerlässlich. Sie sind jedoch keine beliebige Anwendung. Das Verständnis der relevanten Grundlagen ist eine wichtige Voraussetzung für eine korrekte akustische Behandlung. Die Gestaltung der akustischen Maßnahmen hängt eng mit dem Raum, dem Lautsprechersystem usw. zusammen. Es gibt keine feste Lösung oder Antwort; die tatsächliche Situation sollte letztendlich entscheidend sein.
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