Infraschall im Heimkino

Infraschall ist Schall unterhalb von rund 20 Hz. Die Grenze ist eine Vereinbarung und keine Eigenschaft des Gehörs: Møller und Pedersen von der Universität Aalborg halten in ihrer Übersicht von 2004 ausdrücklich fest, dass sich das Hören bei 20 Hz nicht sprunghaft ändert und die Einteilung deshalb als praktisch und üblich zu verstehen ist.

Ausführliche Erklärung

Das Ohr hört unterhalb von 20 Hz weiter, es braucht dafür nur enorm viel mehr Schalldruck. ISO 226:2023 gibt die Hörschwelle für die Terzmittenfrequenzen an und reicht selbst nur bis 20 Hz hinunter; dort stehen 78,1 dB, bei 31,5 Hz noch 59,5 dB, bei 63 Hz 37,5 dB und bei 1 kHz 2,4 dB. Zwischen 20 und 40 Hz fällt die Schwelle also um 27 dB: Ein Ton bei 20 Hz braucht 27 dB mehr Schalldruck als einer bei 40 Hz, um überhaupt an der Hörschwelle anzukommen — rechnerisch etwa die fünfhundertfache Leistung. Diese eine Oktave ist der ganze Grund, warum Tiefbass teuer ist.

Unterhalb von 20 Hz gibt es keine genormte Schwelle. Møller und Pedersen schlagen eine vor und beschreiben ihre lineare Näherung mit einer Steigung von 11,9 dB je Oktave, was der 12-dB-Steigung der G-Bewertung sehr nahekommt — jener Frequenzbewertung nach ISO 7196, mit der Messgeräte den Infraschallbereich gewichten. Wahrgenommen wird also weiter, nur anders: Die Tonempfindung verschwindet beim Absenken unter 20 Hz allmählich, der Klang wird unstetig und geht in einen Druck an den Trommelfellen über. Yeowart und Kollegen beschrieben 1967 Töne über 20 Hz als glatt und tonal, den Bereich von 5 bis 15 Hz als rau mit Knackeffekt und alles unter 5 Hz als Stampfen und Rauschen, dessen einzelne Perioden sich zählen lassen.

Zwei Eigenschaften dieses Bereichs sind für die Planung wichtiger als die Schwelle selbst. Erstens wächst die Lautheit hier ungewöhnlich schnell: Bei 4 Hz genügte in den Versuchen von 1967 ein einziges Dezibel Pegeländerung, um vom Unhörbaren bis zum sicher Wahrnehmbaren zu kommen. Zweitens streuen die Schwellen zwischen Personen mit einer Standardabweichung um 5 dB, weitgehend unabhängig von der Frequenz. Beides zusammen bedeutet, dass derselbe Pegel für einen Zuschauer unter der Wahrnehmung liegen und für den nächsten deutlich hörbar sein kann — im Kinoraum ein Reizthema, im Mehrparteienhaus ein Konfliktthema.

Das Ohr ist dabei das empfindlichste Organ. Oberhalb der Hörschwelle kommen Vibrationen an verschiedenen Körperstellen dazu, und genau die meinen Zuschauer, wenn sie sagen, sie hätten den Bass gespürt. Die verbreitete Formel „unter 20 Hz wird nicht mehr gehört, sondern gefühlt" verkürzt das um den entscheidenden Teil: Gefühlt wird zusätzlich, und zwar erst oberhalb dessen, was ohnehin schon hörbar ist.

Was das Material überhaupt hergibt

Der LFE-Kanal ist nach ITU-R BS.775-3 für den Bereich 20 bis 120 Hz festgelegt, mit einem Pegelversatz von −10 dB bei der Aufzeichnung und +10 dB bei der Wiedergabe. Unterhalb von 20 Hz sagt die Empfehlung nichts zu, was auf dem Kanal liegt oder liegen soll. Inhalte in diesem Bereich gibt es trotzdem — sie entstehen im Studio und wandern durch die Kette, aber sie sind nirgends zugesichert. Was ein Film unterhalb von 20 Hz enthält, ist eine Eigenschaft dieser einen Abmischung.

Was das Bauwerk damit macht

Infraschall liegt in einem Wohnraum fast immer unterhalb der tiefsten Raummode, die je nach längster Raumkante grob im Bereich von 25 bis 35 Hz sitzt. Der Raum arbeitet dort als Druckkammer: Der Druck steigt und fällt im ganzen Volumen annähernd gleichzeitig. Eine Resonanz, die einen Ton aufschaukelt, gibt es unterhalb der tiefsten Mode nicht — was hier wirkt, ist die Kompression der eingeschlossenen Luft. Für den Hörplatz ist das die gute Nachricht: keine Auslöschungen, ein über den Raum gleichmäßiger Pegel und je nach Dichtheit des Raums sogar Zugewinn. Wie weit dieser Zugewinn reicht und woran er hängt, steht bei Druckkammereffekt und Room Gain.

Für das Gebäude ist es die schlechte Nachricht. Was im Raum als gleichmäßiger Druck wirkt, regt Bauteile über ihre Fläche an: Trockenbau, abgehängte Decken, Türblätter, Verglasung und leichte Zwischenwände. Deren eigene Resonanzen liegen häufig im selben Bereich, und die Anregung wird als Körperschall weitergegeben — also über die Konstruktion statt über die Luft. Dass dieser Frequenzbereich beim Menschen die kritische Größe ist, spiegelt sich in DIN 4150-2, die Erschütterungswirkungen auf Menschen in Gebäuden im Bereich von 1 Hz bis 80 Hz beurteilt. Praktisch heißt das: Wer unterhalb von 20 Hz Pegel fahren will, entscheidet damit zugleich über Entkopplung, Bauteilaufbau und Nachbarschaft — und diese Entscheidung fällt in der Rohbauphase, nicht bei der Gerätewahl.

Warum „ab 16 Hz" im Datenblatt wenig sagt

Eine untere Grenzfrequenz ohne Pegel- und Toleranzangabe ist keine Aussage. Sie kann bei −3 dB, bei −6 dB oder bei −10 dB gemeint sein, sie sagt nichts über den Schalldruck, den das Gerät dort erreicht, und nichts darüber, wie verzerrt dieser Schalldruck ist. Gegen genau diese Beliebigkeit steht ein Messverfahren: ANSI/CEA-2010-B misst den maximalen nutzbaren Spitzenschalldruck an den Terzmittenfrequenzen nach ISO von 20 Hz bis 160 Hz, mit terzbandbegrenzten Tonbursts aus 6,5 Sinusperioden, und erhöht den Pegel jeweils so weit, bis eine festgelegte Verzerrungsgrenze erreicht ist. Das Ergebnis ist eine Zahl je Terzband, keine Grenzfrequenz — und es lässt sich zwischen Geräten vergleichen.

Bemerkenswert ist, wo dieses Verfahren aufhört: bei 20 Hz. Der Frequenzgang wird ab 30 Hz oder tiefer erfasst, der Belastungstest ab 20 Hz. Selbst das genormte Verfahren für Subwoofer macht also keine Aussage über den Infraschallbereich. Wer Wiedergabe unterhalb von 20 Hz plant, verlässt den Bereich vergleichbarer Angaben und braucht eine eigene Messung.

Häufiges Missverständnis

„Mein Subwoofer geht bis 16 Hz." Der Satz stimmt fast immer und sagt fast nie etwas. Er nennt die Frequenz, aber weder den Pegel noch die Toleranz noch die Verzerrung — und alle drei zusammen entscheiden, ob im Raum davon etwas ankommt. Ein Gehäuse, das bei 16 Hz noch 85 dB erreicht, und eines, das dort 105 dB schafft, dürfen beide „ab 16 Hz" schreiben. Der belastbare Vergleich läuft über die Terzbandwerte des Messverfahrens oder über eine eigene Messung im fertigen Raum.

Beim zweiten Irrtum geht es um die Richtung des Aufwands. Weil die Hörschwelle zu tiefen Frequenzen so steil steigt, kostet jede Oktave nach unten ein Vielfaches an Schalldruck — zwischen 40 und 20 Hz sind es die genannten 27 dB — und damit Verstärkerleistung, Membranfläche und Hub. Zugleich sind Raum und Gebäude die Grenze, nicht das Gerät: Ein Wohnraum mit Trockenbauwänden und einer Fensterfront setzt dem nutzbaren Pegel im Infraschallbereich eine Schranke, die kein Subwoofer verschiebt. In den meisten Projekten bringt derselbe Betrag, in Aufstellung, Bassmanagement und Entkopplung gesteckt, hörbar mehr als die Verlängerung nach unten.

Nicht zu verwechseln mit

• Körperschall: der Übertragungsweg über feste Bauteile statt über die Luft. Infraschall regt Körperschall an, ist aber selbst Luftschall — und Körperschall gibt es in jedem Frequenzbereich.
• LFE-Kanal: ein Übertragungskanal mit eigenem Pegelversatz, festgelegt für 20 bis 120 Hz. Er ist weder mit „Subwoofer" noch mit „Infraschall" gleichzusetzen; ein Teil des Tieftons läuft über die Hauptkanäle und das Bassmanagement.
• Tieffrequenter Schall: der Bereich von 20 bis 200 Hz. Dort liegen Raummoden, Übergangsfrequenz und der größte Teil des Filmtieftons — fachlich ein anderes Thema als Infraschall, auch wenn beides umgangssprachlich „Bass" heißt.

Aus der Praxis

Ein dediziertes Kino soll im Untergeschoss eines Zweifamilienhauses entstehen, darüber liegt eine Wohnung. Am Anfang steht dann eine Frage, die mit Tiefgang gar nichts zu tun hat: Wie viel Pegel verträgt das Gebäude? Sie wird an der Konstruktion beantwortet: Massivdecke oder Holzbalkendecke, durchgehender Estrich oder schwimmender Aufbau, wie die Trennwände auf der Decke stehen. Ein Holzbalkenaufbau begrenzt den nutzbaren Pegel unterhalb von 30 Hz oft stärker als jedes Budget.

Erst danach steht die Verfahrensfrage. Entkopplung des Kinoraums als Raum-in-Raum-Aufbau löst das Problem an der Wurzel und ist die teuerste Antwort; Entkopplung nur der Subwoofer löst den direkten Körperschallweg und lässt den Luftschallweg über die Bauteilflächen offen; ein Hochpassfilter unterhalb von 20 Hz nimmt die Anregung aus dem Signal und kostet genau den Bereich, um den es hier geht. Welche dieser Antworten richtig ist, hängt daran, wer über der Decke wohnt und wann gehört wird.

Die Gerätewahl kommt zuletzt und ist dann eine kurze Rechnung: Aus dem angestrebten Pegel am Hörplatz, dem Raumvolumen und dem gewählten Hochpass ergibt sich die nötige Verschiebung, und daraus die Zahl der Subwoofer. Ihre Datenblatt-Grenzfrequenz spielt in dieser Rechnung keine Rolle.

Verknüpfte Inhalte

Wie die Hörschwelle über den ganzen Frequenzbereich verläuft und warum Lautheit nicht dasselbe wie Schalldruck ist, steht bei Menschliches Hören und Lautheit. Warum der Raum den Tiefton oberhalb dieser Grenze ganz anders behandelt, klären Raummoden; was er unterhalb davon an Pegel hinzugibt, steht bei Druckkammereffekt und Room Gain. Was der LFE-Kanal ist und wie er sich zum Bassmanagement verhält, steht bei LFE-Kanal und Bassmanagement; welche Bauformen für welchen Pegel taugen, bei Subwoofer-Bauformen und Qualitätskriterien. Der mechanische Weg ins Bauwerk ist bei Körperschall beschrieben.

Quellen

Die Hörschwellenwerte und der Geltungsbereich bis 20 Hz stammen aus ISO 226:2023, gelesen in der öffentlichen Leseprobe. Die Aussagen zur willkürlichen 20-Hz-Grenze, zum Fortbestehen des Hörens darunter, zum Wechsel des Höreindrucks, zur schnellen Lautheitszunahme, zur Streuung zwischen Personen und zur fehlenden genormten Schwelle unter 20 Hz stammen aus der Übersichtsarbeit von Møller und Pedersen; die Beschreibungen der Klangqualität bei 5 bis 15 Hz und darunter geben sie nach Yeowart und Kollegen von 1967 wieder. Der Frequenzbereich des LFE-Kanals und sein Pegelversatz stehen in ITU-R BS.775-3. Das Messverfahren mit Terzmitten von 20 bis 160 Hz, Tonbursts aus 6,5 Perioden und Verzerrungsgrenze ist ANSI/CEA-2010-B entnommen; ob die aktuelle Ausgabe C daran etwas geändert hat, ist ungeprüft. DIN 4150-2 ist als Bezugsnorm für die Bauteilanregung geführt; Frequenzbereich und Bewertungsgröße stehen hier nach der Darstellung des Bayerischen Landesamts für Umwelt, nicht nach dem Normtext.