Raum-Korrekturen

Immer wieder trifft man auf Beiträge im Netz, wo nach Raumkorrektur-Geräten gefragt wird, beziehungsweise wo erklärt wird, was damit möglich sein soll.
Mir stellt sich zunächst die Frage, ob diese Überlegungen richtig sind und wie „Überhöhungen“ und „Löcher“ im Frequenzgang entstehen und wie diesen begegnet werden kann, ob also so „Antimode“ und Equalizer (mit oder ohne automatischer Einmessung) Sinn machen oder ob ein anderes Vorgehen geeigneter wäre…

Betrachten wir einen Raum, so gibt es einen Punkt, an welchem wir den Lautsprecher aufgestellt haben. Es gibt einen zweiten Punkt, an welchem wir uns als Zuhörer befinden. Dann gibt es Flächen wie Wände, Boden und Decke, welche den Schall mehr oder weniger gut reflektieren. Und schliesslich gibt es Möbel und Gegenstände, welche aufgrund ihrer Form und Grösse bestimmte Frequenzen streuen oder absorbieren.
Und es gibt bei den Lautsprechern solche, welche den Schall relativ gebündelt abgeben und andere, welche breit abstrahlen.

Jetzt ist die erste Überlegung die, welche Auswirkungen dies alles hat. Sicher ist, dass der Schall des Lautsprechers direkt zum Zuhörer gelangt und dies auf dem kürzesten Weg. Sicher ist aber auch, dass der Schall auch an den Flächen und teils an den Gegenständen reflektiert wird. Diese Reflexionen kommen nun nicht auf dem kürzesten Weg zum Zuhörer, sondern IMMER etwas verzögert, denn der Schall muss ja zuerst die Wand treffen und von da reflektiert werden, bevor er beim Zuhörer eintrifft. Somit kann die Reflexion nicht früher eintreffen als der Direktschall. Dies ist EIN Ansatz.
Der zweite ist nun, dass am Ohr die (positive oder negative) Summe von Direktschall und verzögerter Reflexion zu vernehmen ist. Und aus der Laufzeit ergeben sich Phasenverschiebungen, welche einmal laufzeitabhängig sind (wie lange es dauert, bis die Reflexion ebenfalls am Ohr eingetroffen ist) und andererseits frequenzabhängig (weil es bei tiefen Frequenzen länger dauert, bis wieder ein „Maximum“ auftritt als bei hohen Frequenzen). Wäre die Addition (einer einzigen Reflexion) 100%, so wären bei Gegenphasigkeit absolute Auslöschungen möglich, bei Gleichphasigkeit aber eine Anhebung auf doppelte Leistung (+3dB). Dies bezieht sich auf die Leistung und NICHT auf den Schalldruck!

Zu beachten ist jetzt, dass eine Überhöhung oder eine Auslöschung NIE von Beginn weg vorhanden ist, sondern frühestens nach der halben Zeit der Wellenlänge im Raum. Es ist damit klar, dass selbst bei 100%iger Auslöschung bei der impulsartigen Wiedergabe (der Ton wird eingeschaltet) der Direktschall vernommen wird, und die Auslöschung frühestens nach Ablauf der Zeit entsteht, welche nötig ist, die Reflexion beim Hörer eintreffen zu lassen.
Bleiben wir mal bei der Überhöhung. Diese könnte unter idealen Verhältnissen +3dB betragen. Das wäre dann der Fall, wenn es EINE Reflexion gibt, deren Pegel gleich dem Direktschall ist und deren Phase eine 100%ige Summenwirkung ergibt.
Würden wir mit einem Filter diese Überhöhung bekämpfen, so würde das Filter (im Normalfall) sofort wirken, also auch dann, wenn erst der Direktschall wirksam wurde. Damit würden wir den Frequenzgang des Direktschalls „verbiegen“. Das bedeutet, dass diese Korrektur nicht optimal funktioniert. Diese Korrektur würde aber durch einen Equalizer vorgenommen und damit ist klar, dass derartige Geräte nicht optimal sein können.

Betrachten wir die Sache aber mal, wenn Direktschall und Reflexion eine Auslöschung ergeben: Jetzt ist zunächst der Ton des Direktschalls zu vernehmen, nachher fällt dieser Ton wieder aus, da es ja zu Löschungen kommt.
Erstens könnte ich versuchen den Pegel elektronisch anzuheben. Würde ich dies um beispielsweise 3dB tun, so wäre der Ton im ersten Moment 3 dB zu laut. Es ändert aber nichts daran, dass sich Direktschall und Reflexion (im Idealfall) zu 100% aufheben. Ich kann also die Anhebung so stark machen wie ich will, das entstehende „Auslöschungsloch“ kann ich nie ausfüllen.

Wenn ich diese Überlegungen einfliessen lasse und allenfalls eine Messung mit einem „Berechnungsprogramm“ verbinde und daraus die Einstellungen eines Equalizers ableite, so wird das rein gar nichts. Es ist also nötig, weitere Überlegungen einzubringen.

Das fängt damit an, dass es im theoretischen Raum einen Direktschall und eine Reflexion gibt. Und es gibt drei Punkte, nämlich den Lautsprecher, das Messmikrofon und die reflektierende Wand. Daraus liesse sich das Obige ableiten.
Tatsache ist aber einmal, dass wir zwar EIN Mikrofon haben, aber dass sich die Auslöschungen je nach Mikrofonposition verändern. Eine Verschiebung von beispielsweise 16cm ergäbe ein Loch bei einer anderen Frequenz. Und wenn wir zwei Mikrofone verwenden und zwei getrennte Messungen anstellen, so haben wir unterschiedliche Frequenzen für die Auslöschungen.
Auf die Praxis bezogen bedeutet dies, dass ab einer bestimmten Frequenz die Löcher auf dem einen oder anderen Ohr entstehen, nicht aber auf beiden gleichzeitig. Und damit ist eine Korrektur SO nicht zielführend.

Und wir sind im Moment von einem theoretischen Raum ausgegangen, welcher definierte Reflexionen bei definierten Frequenzen zeigt und dabei immer nur eine. In der Praxis haben wir nie eine 100%ige Reflexion und niemals auch nur eine, sondern eine Vielzahl. Das bedeutet, dass wir eigentlich keine praxisnahen Berechnungen anstellen könnten.

Der Unterschied zwischen Theorie und Praxis ist einmal, dass wir nicht mit einem Mikrofon messen, sondern mit deren zwei (Ohren), dass sich aber zwei Mikrofone nicht „mono“ zusammen schalten lassen, um zu einem realistischen Resultat zu kommen. Wir müssten quasi die Mikrofonsignale auf ihren Pegel untersuchen und diese „Pegelspannungen“ addieren, nicht das eigentliche Tonsignal.
Weiter haben wir wie erwähnt viele Reflexionen mit unterschiedlichen Wirkungszeiten. Die Wirkung tritt ja erst ein, wenn die Reflexion beim Zuhörer angekommen ist. Das bedeutet, dass sich das Klangbild durch die Überhöhungen und Löcher erst nach und nach bildet. Wenn wir eine „pauschale“ Korrektur vornehmen, so klingen ausgehaltene Töne, etwa von einer Orgel, natürlich, der Klang eines Orchesters mit teils impulsartigen Klängen aber ist verfälscht.

Wenn wir also Abhilfe schaffen wollen, so müssen wir dafür sorgen, dass es zu weniger (starken) Reflexionen kommt. Dies kann einerseits durch Lautsprecher mit stärker gerichteter Abstrahlung erreicht werden (für Frequenzen über 300Hz), andererseits aber durch „bauliche“ Massnahmen. So kann man im Raum Absorber anbringen oder auch Schallverteiler, welche die harten Reflexionen dadurch „aufweichen“, dass es nicht mehr Reflexionspukte gibt, sondern Reflexionsbereiche und dass es in der Folge nicht mehr zu so starken Löschungen und Überhöhungen kommt.

Eine elektronische Abhilfe müsste eigentlich die Wirkzeiten der Reflexionen berücksichtigen und nachbilden. Mit reinen „Entzerrmassnahmen“ ist da keine wirkliche Verbesserung möglich. Diese kann von Fall zu Fall als positiv oder negativ empfunden werden. Ob „bessere“ Geräte die Fehler wirklich beheben können ist nicht ausgeschlossen, müsste aber im Einzelfall geprüft und nachgewiesen werden. Und das erfordert umfangreiche akustische Messungen, die mit Amateur-Mitteln nicht möglich sind. Tatsache ist jedenfalls, dass in Studio-Regieräumen kaum noch solche „Entzerrgeräte“ eingesetzt werden, sondern dass vermehrt auf die baulichen Massnahmen gesetzt wird, ebenso auf Lautsprecher mit schmaler Abstrahlung.

Wenn es einen Bereich gibt, welcher allenfalls mit Entzerrern behandelt werden kann so ist es der Bass. Dabei ist zu beachten, dass gerade im Bass Probleme entstehen können. Es ist Tatsache, dass bei den meisten üblichen Lautsprechern eine gerichtete Abstrahlung im Bass nicht stattfindet und dass daher die Reflexion nicht dadurch reduziert werden kann. Stellt man nun einen Lautsprecher z.B. auf einen Ständer und erst noch von der Rück- und Seitenwand entfernt auf, so strahlt er im Bass (bis ca. 300Hz) kugelförmig ab. Die Reflexionsdämpfung, die man von Vorhängen oder ähnlichem kennt, existiert in dem Frequenzbereich nicht. Also ergibt sich bei einem Abstand von z.B. 1m zu den Reflexionsflächen eine Auslöschung bei 85Hz und eine Überhöhung bei 170Hz. Und weil die Abstände möglicherweise alle gleich sind ist deren Wirkung besonders stark.
Demgegenüber entstehen bei Einbau der Lautsprecher in die Frontwand weit weniger Reflexionen und damit auch weniger Frequenzgangfehler. Man findet daher in Studios oft die Frontlautsprecher in die Frontwand eingebaut. Dadurch, dass nun der Bass nicht mehr kugelförmig abgestrahlt wird sondern nur halbkugelförmig wird die Leistung auf die halbe Kugel beschränkt und damit ist sie in dem Bereich höher. Dies hat eine Bassanhebung zur Folge, abhängig von der Grösse der Box (also in dem Bereich, in dem aus der Kugel-Abstrahlung eine gerichtete wird). Dies lässt sich mit einem Equalizer (bevorzugt einem parametrischen) korrigieren. Aber eigentlich nur dieser Fehler!