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Baß — oder was?
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Die Widergabe tiefer Frequenzen in kleinen
Räumen ist ein vieldiskutiertes Problem.
Einerseits können sich Schallwellen,
die groß gegen die Raumabmessungen sind,
in einem solchen Raum aus physikalischen
Gründen nicht ausbreiten. Andererseits
sind offensichtlich in manchen Fällen auch
tiefste Frequenzen in sehr kleinen Räumen
hörbar. Bei gleich niedriger Resonanzfrequenz
sind dabei Lautsprecher mit sehr
großen Membranen anscheinend geeigneter,
tiefste Frequenzen mit hörbarem Schalldruck
zu erzeugen, als solche mit kleinen
Membranen.
Zur Erklärung dieses Phänomens ist ein
kurzer Ausflug in die Raumakustik sehr
nützlich. Wie eingangs erwähnt, hat jeder
Raum eine untere Grenzfrequenz, unterhalb
der im Raum keine Schallwellen erzeugt
werden können. Woran liegt das? Die
Schallenergie, die z. B. von einem Lautsprecher
abgegeben wird, kann in dem Medium
Luft bekanntlich in Form kinetischer
Energie (Bewegung der Luftmoleküle)
oder als potentielle Energie (Kompression
der Luft) vorkommen. In einer Schallwelle
pendelt die Energie zwischen beiden
Formen hin und her und breitet sich als
Schallenergie im Raum aus.
Die Wand eines Raumes verhindert jedoch
eine Bewegung der Luftmoleküle, hier ist
nur eine Kompression möglich. Daraus
folgt, daß die längste Schallwelle, die in einem
Raum erzeugt werden kann, allein
vom Abstand der Wände bestimmt wird.
Eine halbe Schallwelle mit zwei Druckmaxima
an den Wänden und einem Schnellemaxima
in der Raummitte kann dabei in
einem Raum noch untergebracht werden.
Die Wellenlänge der tiefsten Frequenz entspricht
also dem doppelten Abstand der
Wände. Über die Schallgeschwindigkeit ist
die Frequenz errechenbar.
Ein größerer Raum mit den Abmessungen
5x4x2,5 m hat dabei in der längsten Richtung
eine Grenzfrequenz von 35 Hz. Um
Frequenzen von weniger als 20 Hz als
Schallwellen unterzubringen, ist ein Abstand
von mindestens 10 m nötig. In kleinen
Räumen liegt die Grenzfrequenz natürlich
höher, im Durchschnitt sind es meistens
40 Hz.
Diese Grenzfrequenz bedeutet allerdings
nicht, daß tiefere Töne in solchen Räumen
nicht hörbar gemacht werden können. Da
Schallwellen zur Übertragung der Schallenergie
ausfallen, müssen diese Töne über
Druckwechsel hörbar gemacht werden, der
Raum wird zur Druckkammer. Ändert man
das Volumen eines geschlossenen Raumes,
so ändert sich auch der Druck im Raum
proportional. Diese Volumenänderung wird
im Abhörraum durch die Auslenkung der
Membranfläche erzielt. Die Wiedergabe
tiefster Frequenzen ist dabei frequenzunabhängig
nur eine Folge der Volumenänderung.
Bei konstanter Membranauslenkung
können im Raum auch tiefste Frequenzen
reproduziert werden. Die Anforderungen
an Membranfläche und Auslenkung sind
dabei jedoch bereits bei einer idealen (luftdichten)
Druckkammer recht erheblich,
normale Räume weichen darüberhinaus
von diesem Idealfall immer mehr oder weniger
stark ab.
Um in einer idealen Druckkammer von
5x4x2,5 m Abmessung einen Schalldruck
von 100 dB zu erzeugen muß die Membran
eines 38 cm Lautsprecherchassis je 1 cm
Hub in beiden Richtungen ausführen, bei
120 dB wären es bereits 8 cm in beiden
Richtungen. Diese 120 dB kommen bei
Frequenzen unter 40 Hz in normalem Musikprogramm
zum Glück nicht vor, Wohnzimmer
mit idealen Druckkammereigenschaften
leider auch nicht. In den meisten
Fällen sind erheblich größere Auslenkungen
nötig. Allein die Verkleinerung des
Raumvolumens macht es der Membran etwas
einfacher, daher klingen riesige Boxen
in kleinsten Räumen ab und zu recht gut
(Tür zu). Leider ist der Übergang zur
Druckkammer bei allen Räumen unterschiedlich,
ebenso das Raumvolumen, beides
Gründe für die unterschiedlichen Standpunkte
der Betroffenen. Weiterhin erfüllen
keine Lautsprecherchassis die Forderung
nach konstanter Membranauslenkung. Je
nach Qtc Faktor nimmt die Auslenkung
oberhalb und unterhalb der Resonanzfrequenz
rapide ab (vgl. das Kapitel „Geschlossene
Boxen"). Ein Equalizing erfordert
bei geschlossenen Boxen höchste Verstärkerleistung
und Belastbarkeit, da die
Federsteife der Luft im Gehäuse überwunden
werden muß, und ist zudem bei Baßreflexboxen
sinnlos, da der Reflextunnel unterhalb
der Resonanzfrequenz „offen" ist
und bei Membranbewegungen sofort ein
Druckausgleich zwischen Vor- und Rückseite
der Mambran stattfindet. Ausgenommen
sind natürlich Boxen mit einer Resonanzfrequenz
unter 15 Hz, diese haben dafür
andere Probleme mit der Aufstellung
(vgl. das Kapitel: Der Lautsprecher im
Raum).
Messen oder hören?
Das menschliche Gehör registriert bei mittleren
und hohen Frequenzen den Einfluß
indirekter Schallanteile, die durch Reflexion
von Decke, Boden und Wänden eines
Raumes zum Hörer gelangen, auf den
Direktschall vollkommen anders als ein
Schallpegelmeßgerät. Ein solches Meßgerät
kann nur einen „Momentanwert" liefern,
den Schalldruck, der aus allen Schallwellen
(der direkten und allen indirekten) zu einer
Zeit und an einem Ort (Meßmikrophon)
resultiert. Der Schalldruck ist ein frequenzabhängiger
Wechsel von Unter- und Überdruck
in der Luft (Schwingung). Da die
Wegstrecken von direkten und indirekten
Schallanteilen unterschiedlich groß sind,
kommt es zur Überlagerung gleicher (Überdruck
+ Überdruck) und ungleicher (Überdruck
+ Unterdruck) Zustände, abhängig
vom Verhältnis des Wegstreckenunterschiedes
zur Wellenlänge der untersuchten Frequenz.
Diese „Interferenzen" zeigt das
Meßgerät als Anhebung bestimmter und
Absenkung anderer Frequenzen an.
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Ein Lautsprecher mit linearem Frequenzgang
im reflektionsfreien Raum wird in
einem Wohnraum immer eine mehr oder
weniger „verbogene" Schalldruckmeßkurve
zeigen, ohne dabei schlecht zu klingen.
Fast alle Versuche diesen Frequenzgang
mit elektronischen Mitteln zu linearisieren,
führen erfahrungsgemäß zu einer klanglichen
Verschlechterung.
Der Grund hierfür ist die Fähigkeit des
Gehörs zwischen gleichen aber zeitlich verschobenen
Signalen zu unterscheiden. Da
der reflektierte Schall eine größere Wegstrecke
als der Direktschall zurücklegen
muß, ergibt sich über die konstante Schallgeschwindigkeit
(ca. 343 m/s) eine zeitliche
Verzögerung.
1 m : 343 m/s = 0,003 s = 3 m/s.
Der zuerst einfallende Schall wird vom
Gehör als Originalschall wahrgenommen,
dieser und sehr gering verzögerte Schall
(Beugung um den Kopf) wird zur Richtungsortung
genutzt. Verzögerungen zwischen
1 m/s und 30 m/s werden als Reflektionen
bewertet, die Wirkung der Signale
mit wachsender Verzögerungszeit stark
abgeschwächt. So muß z. B. ein um 10 m/s
verzögertes Signal um 10 dB lauter als der
Direktschall sein, um die Richtungsortung
zu beeinflussen. (Davon profitiert auch ein
namhafter amerikanischer Hersteller; diese
Erkenntnisse sind allerdings schon älter
und nicht wie behauptet von ihm. Haas H.,
Über die Wirksamkeit eines Einfachechos,
Acustica, 1961 S. 49.) Bei größeren Verzögerungszeiten
als 30 m/s, werden zwei zeitlich
und auch räumlich getrennte Signale
gehört.
Die Übergänge zwischen diesen Zeitbereichen
sind gleitend.
Alle mehr als ca. 2 m/s verzögerten Signale
erzeugen einen Raumeindruck, der von der
Summe, Intensität und Verzögerungsdauer
der Signale abhängt.
Anders als bei tiefen Frequenzen, wo aufgrund
der großen Wellenlängen, Laufzeitunterschiede
nicht hörbar sind und die
Schalldruckabweichungen vom linearen Verlauf
unangenehm hörbar werden, ist der
durch die höheren Frequenzen erzeugte
Raumeindruck eine natürliche Begleiterscheinung
des Hörens. Eine Stimme, die im
reflektionsfreien (schalltoten) Raum gehört
wird, klingt eigenartig, ebenso bei unnatürlich
hohem Reflektionsanteil (Badezimmereffekt).
Jedes Linearisieren (Einmessen), das über
ein Linearisieren des Lautsprechers ohne
Raumeinflüsse hinausgeht, verfälscht nicht
nur den Direktklang, sondern auch den
Raumeindruck mit dem Ergebnis hörbarer
Anhebungen und Absenkungen trotz linearer
Meßkurve, abgesehen von der Problematik
des Linearisierens, da mit jeder
Anhebung auch die abschwächenden Reflektionen
stärker werden.
Im Sinne einer natürlichen Musikwiedergabe
sollten sehr kurze (Störung der Stereo-
Ortung) und sehr lange (Echo) Verzögerungszeiten
durch geeignete Aufstellung im
Raum und Bedämpfung durch Möbel und
Vorhänge vermieden werden. Probleme im
tieffrequenten Bereich lassen sich durch
richtige Aufstellung ebenfalls recht einfach
lösen, daher ist bei guten Lautsprechern der
Aufstellungsort, in Grenzen, vorgeschrieben.