Richtwirkung und Bündelungsmaß

Der Bündelungsgrad Q gibt an, um welchen Faktor eine Quelle auf ihrer Hauptachse lauter ist als ein Kugelstrahler gleicher Schallleistung. Das Bündelungsmaß DI ist derselbe Wert in Dezibel: DI = 10 · log₁₀(Q).

Ausführliche Erklärung

Die einfachsten Fälle ergeben sich allein aus der Geometrie: Wohin kann der Schall überhaupt? Eine frei im Raum hängende Quelle strahlt in den Vollraum, eine bündig in einer großen Fläche sitzende in den Halbraum, eine in der Wand-Decken-Kante in den Viertelraum.

Die Tabelle beschreibt reine Umverteilung: Die abgestrahlte Schallleistung bleibt gleich und konzentriert sich nur auf weniger Raumwinkel. Wechselt ein reales Chassis bündig in eine große Fläche, steigt im Tiefton zusätzlich die abgegebene Leistung selbst — deshalb nennt der Baffle Step für denselben Übergang bis zu 6 dB, nicht die 3 dB dieser Zeile.

Der zweite Beitrag kommt vom Lautsprecher selbst. Solange die Wellenlänge groß ist gegenüber Membran und Gehäuse, strahlt jedes Chassis nahezu kugelförmig ab; mit steigender Frequenz bündelt es zunehmend. Deshalb ist Q niemals eine einzelne Zahl, sondern ein Verlauf über der Frequenz — und eine Datenblattangabe ohne Frequenzbezug ist bestenfalls ein Mittelwert, bei dem offenbleibt, über welches Band gemittelt wurde.

Aus diesem Verlauf folgt eine Eigenschaft, die man am Hörplatz hört, ohne sie zu messen. Der Diffusanteil im Raum wird von der gesamt abgestrahlten Leistung gespeist, der Direktschall nur von der Hauptachse. Steigt das Bündelungsmaß über der Frequenz sprunghaft — typischerweise am Übergang zwischen zwei Chassis —, unterscheidet sich das, was der Raum zurückwirft, in der Klangfarbe von dem, was direkt ankommt. Ein Lautsprecher mit gleichmäßig steigendem DI klingt in verschiedenen Räumen ähnlich, einer mit unruhigem Verlauf nicht. Das ist der Grund, warum Abstrahlverhalten in der Entwicklung als eigenes Ziel behandelt wird und nicht als Nebenwirkung des Frequenzgangs auf Achse.

Zwei praktische Folgen sind unmittelbar rechenbar. Erstens verlängert Bündelung den Hallradius: Er wächst mit der Wurzel aus Q, ein Bündelungsmaß von 6 dB verdoppelt ihn also. Dämpfung steht in derselben Formel unter derselben Wurzel, hat aber weniger Spielraum: Die Nachhallzeit zu halbieren ist ein erheblicher baulicher Eingriff und bringt nur den Faktor 1,41 — der Wechsel von Q = 1 auf Q = 4 verdoppelt den Hallradius und verlangt keinen Umbau, sondern eine andere Quelle. Zweitens ist Richtwirkung im Außenbereich das, was die reine Abstandsrechnung nicht abbildet: Die Freifeld-Formel sagt Dir, wie viel Pegel Du brauchst, aber nicht, wohin er geht. Ein gerichtetes System liefert auf seiner Achse mehr und zur Grundstücksgrenze weniger, ohne dass sich am Abstandsgesetz etwas ändert.

Die Abgrenzung, die dabei sauber bleiben muss: Q und DI sagen, wie stark eine Quelle bündelt. Womit sie das tut — Membrangröße, Waveguide, Horn, Zeilenanordnung, Bauform als Punktquelle oder als Line Source — ist eine Konstruktionsfrage und gehört zu den Bauformen, nicht hierher. Zwei ganz verschiedene Bauformen können dasselbe DI erreichen und sich in allem anderen unterscheiden.

Häufiges Missverständnis

„Ein bündelnder Lautsprecher ist effizienter." Er ist es nicht. Das Bündelungsmaß sagt nichts über den Wirkungsgrad, also darüber, wie viel elektrische Leistung überhaupt in Schall umgesetzt wird. Es beschreibt nur die Verteilung. Dass ein gerichteter Lautsprecher auf Achse einen höheren Kennschalldruckpegel erreicht, liegt daran, dass er dieselbe Leistung auf weniger Raumwinkel verteilt — an anderer Stelle fehlt sie entsprechend.

Der zweite Kurzschluss betrifft das Datenblatt. Eine Angabe wie „90° × 60°" beschreibt den nominellen Abstrahlwinkel, meist definiert als der Bereich, in dem der Pegel um höchstens 6 dB abfällt. Sie ist nicht dasselbe wie DI: Zwei Lautsprecher mit gleichem Nennwinkel können sich darin unterscheiden, wie viel Energie außerhalb dieses Fensters landet — und genau diese Energie füttert den Raum.

Nicht zu verwechseln mit

• Wirkungsgrad und Kennschalldruckpegel: wie viel Schall aus der zugeführten Leistung wird. Eine andere Frage als die Verteilung.
• Nomineller Abstrahlwinkel: eine Winkelangabe mit Pegelkriterium, kein Energiemaß über den vollen Raumwinkel.
• Modaler Gütefaktor Q: derselbe Buchstabe steht auch für die Güte einer Raumresonanz. Die beiden Größen haben nichts miteinander zu tun.
• Bauform der Quelle: Punktquelle, Zeile oder Waveguide sind Wege zur Richtwirkung, nicht ihr Maß.

Aus der Praxis

Eine Terrasse an einem Reihenhaus, die Grundstücksgrenze liegt 25 m entfernt. Die Abstandsrechnung sagt, was am hintersten Sitzplatz ankommen muss, und liefert damit auch den Pegel an der Grenze — mehr Abstand hilft dort kaum noch, weil die letzten Meter fast nichts mehr abziehen.

Der Hebel steckt in der Richtung. Vier kleine, auf die Sitzbereiche ausgerichtete Lautsprecher versorgen dieselbe Fläche mit deutlich geringerem Pegel je Quelle, und ihre Hauptachsen zeigen nicht zum Nachbarn. Wohin soll der Schall, und für wen? Das entscheidet sich vor der Lautstärke; daraus ergibt sich, wie beschallt wird — verteilte Quellen mit Ausrichtung statt einer zentralen —, und erst daraus die Gerätefrage nach Abstrahlverhalten, Belastbarkeit und Schutzart.

Verknüpfte Inhalte

Wie Bündelung den Direktschallanteil im Raum verschiebt, steht beim Hallradius; die Abstandsrechnung selbst auf der Freifeld-Formelseite. Der Unterschied zwischen abgegebener Leistung und gemessenem Druck steht bei Schallleistung und Schalldruck, die Frage nach der Effizienz beim Wirkungsgrad. Den Sonderfall der Halbraum-Ankopplung durch eine große Fläche behandelt der Baffle Step. Warum das Bündelungsmaß in Räumen, die sich akustisch nicht behandeln lassen, zum Auswahlkriterium für den Lautsprecher wird, zeigt der HiFi-Guide im Kapitel Raum und Aufstellung analysieren.

Quellen

Die Zuordnung von Raumwinkel zu Q und der Zusammenhang mit dem Hallradius folgen der Standardliteratur zur Raumakustik und zur Lautsprecherplanung.