Luftabsorption

Was ist Luftabsorption — und warum klingt Musik aus der Ferne dumpf?

Luftabsorption ist der Teil der Dämpfung, den die Luft selbst verursacht: Auf dem Weg von der Quelle zum Ohr wird ein Anteil der Schallenergie in Wärme umgesetzt. Dieser Verlust wächst stark mit der Frequenz und hängt zusätzlich an Temperatur und Luftfeuchte.

Luft ist kein verlustfreier Weg. Je weiter der Ton läuft, desto mehr von ihm bleibt unterwegs, und das trifft nicht alle Töne gleich: Die hohen verschwinden zuerst, die tiefen kommen weiter. Deshalb hörst Du von einem Konzert zwei Straßen weiter nur noch das Wummern und keine Stimmen mehr. Das liegt nicht an der Anlage, sondern schlicht an der Strecke.

Ausführliche Erklärung

Zwei Vorgänge wirken zusammen. Der kleinere Teil geht auf Reibung und Wärmeleitung zurück. Den größeren liefert die molekulare Relaxation: Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle nehmen Schwingungsenergie auf und geben sie zeitversetzt wieder ab, und wie gut das funktioniert, hängt am Wasserdampf in der Luft. Deshalb verläuft der Zusammenhang mit der Luftfeuchte nicht geradlinig: Bei welcher Feuchte eine bestimmte Frequenz am stärksten gedämpft wird, hängt von dieser Frequenz ab. Über die Frequenz selbst nimmt die Dämpfung dagegen durchgehend zu — ein Maximum gibt es dort nicht. Dass die Feuchte und nicht die Temperatur die entscheidende Größe ist, zeigten Messreihen des Akustikers Vern O. Knudsen an der University of California, Los Angeles, in den 1930er-Jahren.

Berechnet wird die Luftabsorption nach ISO 9613-1, und zwar in Oktav- oder Terzbändern als Dämpfungsmaß je Meter Weglänge. Für die Ausbreitung im Freien geht dieser Wert als eigener Term in die Gesamtrechnung nach ISO 9613-2 ein.

Praktisch wirksam wird der Effekt an zwei ganz verschiedenen Orten. Draußen bestimmt er die Klangfarbe dessen, was in der Nachbarschaft ankommt: Je weiter der Weg, desto stärker ist das Spektrum von oben her beschnitten, und über einige hundert Meter bleibt im Wesentlichen der untere Teil. Drinnen betrifft er große Räume und lange Hörabstände. Im Wohnzimmer ist der Beitrag klein und verschwindet hinter der Richtwirkung der Lautsprecher und dem Raum selbst; in einem großen Saal oder auf einer weiten Beschallungsstrecke wird er im Hochton zur führenden Größe.

Wie sich dieser Beitrag mit Bodenwirkung, Abschirmung und Wetterlage zu einer Gesamtdämpfung addiert, steht auf der Seite zur Schallausbreitung im Freien. Hier geht es nur um den Mechanismus.

Häufiges Missverständnis

Entfernung macht leiser — so weit stimmt die verbreitete Vorstellung. Sie unterschlägt aber, dass Entfernung den Klang auch umbaut. Ein Signal, das über eine lange Strecke kommt, ist nicht dasselbe Signal in kleiner, sondern ein gefiltertes: unten fast vollständig, oben kaum noch vorhanden. Wer die dumpfe Wiedergabe aus der Ferne der Abstimmung der Anlage zuschreibt, sucht an der falschen Stelle.

Daraus folgt ein zweiter Irrtum, diesmal bei der Gegenmaßnahme. Weil der Verlust im Hochton entsteht, liegt der Gedanke nahe, ihn dort anzuheben. Über kurze Strecken hilft das ein Stück weit; über große Entfernungen läuft es ins Leere, weil die zusätzliche Energie denselben Weg nimmt und unterwegs genauso verloren geht. Der Hochtöner erreicht seine Grenze, bevor am fernen Punkt etwas ankommt.

Nicht zu verwechseln mit

Absorption an Materialien: Der Schall verliert Energie an porösen Stoffen und schwingenden Bauteilen im Raum. Das ist eine Eigenschaft der Oberflächen, keine der Luft, und sie steht im eigenen Eintrag zur Absorption.
Abstandsdämpfung: Die 6 dB je Verdopplung der Entfernung entstehen rein geometrisch, weil sich dieselbe Leistung auf eine größere Fläche verteilt. Sie treffen alle Frequenzen gleich, die Luftabsorption nicht.
Bodeneffekt: Eine Überlagerung von Direktschall und Bodenreflexion mit Einbrüchen im unteren Mittelton — Interferenz statt Energieverlust.

In der Planung

Eine Terrasse mit Außenlautsprechern, das nächste Wohnhaus liegt rund 150 Meter entfernt. Die Sorge des Kunden gilt der Lautstärke insgesamt, und der erste Reflex ist eine Hecke zur Grundstücksgrenze.

Davor steht eine einfachere Frage: Was kommt dort überhaupt an? Nach 150 Metern ist der Hochton bereits spürbar beschnitten, und was von den Mitten übrig bleibt, drückt der Boden zusätzlich. Ankommen wird also vor allem der Bassanteil. Damit ist die Verfahrensfrage entschieden: Eine Hecke wirkt über Streuung am Blattwerk, eine Wand über Beugung an ihrer Kante — beides greift im Hochton und lässt den Bass praktisch unberührt. Der wirksame Hebel liegt bei Pegelplanung, Ausrichtung und der Tiefton-Auslegung der Anlage. Erst danach wird über Geräte gesprochen — und dann über solche, die sich nach hinten heraus absenken lassen, nicht über die mit der größten Reserve.

Verknüpfte Inhalte

Die vollständige Ausbreitungsrechnung mit allen Dämpfungsanteilen steht auf der Seite zur Schallausbreitung im Freien, die Grundrechnung auf der Formelseite zum Pegelabfall im Freifeld. Die beiden anderen Beiträge, die dort zusammenkommen, behandeln die Einträge zum Bodeneffekt und zur Schallbrechung durch Wind- und Temperaturschichtung. Warum gerade der übrig bleibende Tiefton in der Bewertung untergeht, erklärt menschliches Hören und Lautheit.

Quellen

Das Berechnungsverfahren folgt ISO 9613-1; die Feuchteabhängigkeit geht auf die Messreihen von Knudsen zurück.