IT Professional: Auralisation

Der Schallabsorptionsgrad

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Augsburg, impuls arena: Innenansicht des Simulationsmodells mit Mapping der erreichbaren Sprachverständlichkeit. Dargestellt ist die Verteilung des Sprachübertragungsindex STI über der Hörfläche wobei jeder STI-Wert mit einer entsprechenden Farbe encodiert wird. Das hier überwiegend zu erkennende Gelb-Grün repräsentiert eine zufriedenstellende bis gute Sprachverständlichkeit.

Nun beginnt die eigentliche Arbeit. Schallquellen müssen eingebaut und den Flächen ein Schallabsorptionsgrad zugewiesen werden. Die Größe und Geometrie der Räume fließen in die Berechnungen ein wie die Beschaffenheit der Oberflächen. Der Schallabsorptionsgrad der einzelnen Materialien bestimmt den Grad, wie viel Schallenergie die Oberfläche reflektiert und wie viel sie verschluckt.

Bei geplanten Umbauten muss die Simulation ohne geplante Lautsprecher möglichst genau an die mesestechnisch ermittelten Größen des Raums angepasst sein. Auch gilt es, verschiedene Fälle zu berücksichtigen. Plüschsessel, Plastiksitze oder Publikum machen einen Unterschied.

Thomas Steinbrecher, Senior Acoustic Designer bei Bose, erklärt: "Ein vorhandenes Publikum absorbiert gut." Es gibt gemessene Schallabsorptionsgrade für alle möglichen Oberflächen. Steinbrecher: "Holzverkleidungen etwa sind gute Tieftonabsorber." Für eine Beeinflussung der Raumakustik muss der Akustikdesigner die verschiedenen Fälle berücksichtigen.

Die Schallausbreitung wird durch Oberflächen wie Balkone und Überhänge behindert. Reflexionen sind jedoch nicht nur schlecht, sondern können, richtig eingesetzt, auch für mehr Räumlichkeit und Atmosphäre sorgen. Unkontrolliert erzeugen sie übermäßigen Nachhall oder störende Echos.

Sogar die Zuschauer beeinflussen die Klangqualität, weil weniger Menschen auf den Tribünen oder im Auditorium mehr von den harten Oberflächen freigeben, wodurch die Nachhallzeit erhöht wird.

Unerwünschter Nachhall entsteht, wenn Schallwellen mehrfach reflektiert werden, und so auf Umwegen zurückkommen und das nun Gesprochene überlagern. Angestrebt werden deshalb kurze Nachhallzeiten. Dazu wird der Schall in der Simulation verfolgt. Die Simulation berechnet, wohin der Schall reflektiert wird.

Die Verfolgung des Strahls nennen die Experten Ray Tracing. Der Nachhall wird so berechnet und mit Maßnahmen (Lautsprecherplatzierung, Lautsprecherausrichtung, Lautsprecherart, Oberflächenänderungen, Lautstärke) minimiert.

Wie wichtig die Oberflächenberechnung ist, erläutert der erfahrene Akustikdesigner Thomas Steinbrecher mit einem Beispiel aus seiner Berufspraxis. Ein Kantinenbetreiber hat sich innerhalb von zwei Minuten nach der Vorstellung, wie es in dem Speisesaal mit einer Decke aus anderem Material klingen würde, für einen Umbau entschieden. Das ging nur in Kombination mit dem Bose Auditioner, der die Simulation hörbar macht.

Normalerweise wird ein Bauherr jedoch aus Kostengründen billigere Lösungen als so einen massiven Umbau bevorzugen. Das sind Lautsprechersysteme mit der richtigen Abstrahlung. Diese werden mit viel Erfahrung von den Akustikern angeordnet und platziert.

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Augsburg, impuls arena: Innenansicht des Simulationsmodells mit Mapping der erreichbaren Sprachverständlichkeit sowie einer Darstellung aller für ein einzelnes Sample diskret berechneten Schallankünfte. Letztere sind sowohl für den direkten als auch die reflektierten Wege kalkuliert, ein einzelner Schallstrahl ist für eine weitere Analyse separat hervorgehoben.

"Bei der Kantine, bei der es um Lärmpegelreduktion ging, hätte ein Lautsprechersystem jedoch nichts gebracht", sagt Steinbrecher. "Das wäre in dem Saal die falsche Lösung gewesen, weshalb wir zu der neuen Decke geraten haben, obwohl Bose ja hervorragende Lautsprechersysteme verkauft."

Doch zurück zum Modell. Es soll ja nicht nur an einem Platz gut klingen, sondern im ganzen Saal. Die Software berechnet also den Nachhall für den gesamten Raum. Und noch etwas muss beachtet werden: die starke Frequenzbreite von hohen und tiefen Tönen. Der Mensch hört zwischen der tiefsten hörbaren Frequenz von 20 Hz und der höchsten hörbaren Frequenz von, je nach Alter, maximal 20 kHz ein sehr weites Spektrum.

Die Frequenzabhängigkeit spielt eine so große Rolle für Absorption und Reflexion, dass die Berechnungen für unterschiedliche Frequenzen wiederholt werden. Es nützt ja nichts, wenn die Diva mit ihrer hohen Sopranstimme brillant klingt, der Bass nur mulmig zu verstehen ist.

Anhand der Berechnungen platziert der Akustiker Lautsprecher und führt die Berechnungen erneut aus. Wenn vorher die Klangqualität stark variierte, ist bei klug gesetzten Lautsprechern das Klangfeld weitestgehend gleichmäßig.

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