Resonanz

Was ist Resonanz?

Resonanz heißt, dass ein schwingfähiges System auf eine Anregung bei seiner Eigenfrequenz viel stärker reagiert als auf jede andere. Die zugeführte Energie sammelt sich dabei über viele Schwingungen an, statt sofort wieder zu verschwinden.

Jedes Ding, das schwingen kann, hat einen Lieblingstakt. Eine Schaukel hat ihn, ein Weinglas hat ihn, und Dein Zimmer hat gleich mehrere. Triffst Du diesen Takt, schaukelt sich die Bewegung mit jedem Anstoß weiter auf, obwohl Du gar nicht kräftiger drückst. Beim Zimmer merkst Du das an ein paar tiefen Tönen, die viel lauter herauskommen als alle anderen und danach noch nachwummern. Das liegt nicht an Deiner Anlage, sondern daran, dass der Raum bei genau diesen Tönen mitmacht.

Ausführliche Erklärung

Jedes System, in dem Energie zwischen zwei Formen hin- und herwechseln kann, hat eine oder mehrere Eigenfrequenzen. Bei der Schaukel wechselt Bewegungsenergie mit Lageenergie, bei einer Luftsäule wechselt Druck mit Bewegung, bei einer Platte Biegung mit Trägheit. Regt man von außen genau in diesem Takt an, addieren sich die Beiträge phasenrichtig, und die Auslenkung wächst weit über das hinaus, was ein einzelner Anstoß bewirken würde.

Begrenzt wird das Wachstum allein von der Dämpfung. Sie entscheidet über zwei Dinge zugleich: wie hoch die Resonanz aufragt und wie breit sie ausfällt. Eine schwach gedämpfte Resonanz ist schmal und spitz — sie spricht nur auf einen engen Frequenzbereich an, dafür heftig, und klingt lange nach. Eine stark gedämpfte Resonanz ist breit und flach. Wie spitz eine Resonanz ausfällt, fasst die Güte Q in einer Zahl zusammen — definiert als Verhältnis der Eigenfrequenz zur Bandbreite: je höher Q, desto schmaler und heftiger die Resonanz, und desto länger klingt sie nach.

In der Raumakustik begegnet Dir Resonanz vor allem in drei Gestalten. Die Raummoden sind die Eigenschwingungen der Luft im Zimmer selbst; wo sie liegen, legen allein die Raummaße fest. Resonanzabsorber — Plattenschwinger und Helmholtz-Resonatoren — sind absichtlich gebaute Resonanzen, die dem Raum bei einer bestimmten Frequenz Energie entziehen. Und dann gibt es die unerwünschten Mitschwinger: Türen, Verkleidungen, Zwischendecken, Lautsprechergehäuse und Möbel, die bei bestimmten Tönen anfangen zu klappern oder zu dröhnen.

Der Unterschied zwischen der zweiten und der dritten Gestalt liegt nicht in der Physik, sondern in der Absicht. Ein Plattenschwinger ist ein Bauteil, dessen Resonanz man kennt, berechnet und mit Material bedämpft hat, sodass die aufgenommene Energie in Wärme übergeht. Eine mitschwingende Leichtbauwand tut prinzipiell dasselbe, nur unkontrolliert und an der falschen Frequenz.

Auch die Grenzen der Rechnung folgen daraus. Eine Resonanzfrequenz aus Formeln zu bestimmen ist einfach, sie im gebauten Raum zu treffen nicht: Bauweise, Möblierung und undichte Stellen verschieben den Wert. Genau deshalb gehören abgestimmte Absorber nicht ins Blaue geplant, sondern auf die Messung — was daraus für die Bauformen folgt, steht bei Bassabsorber.

Häufiges Missverständnis

„Resonanz" klingt nach Verstärkung aus dem Nichts, und daraus wird gelegentlich der Schluss gezogen, ein resonanter Raum spiele lauter oder gar effizienter. Neue Energie entsteht dabei aber nicht. Das System sammelt nur ein, was ihm ohnehin zugeführt wird, und gibt es zeitlich versetzt wieder ab — deshalb ist ein Resonanzton nicht nur überhöht, sondern dröhnt auch dann noch nach, wenn das Signal längst vorbei ist. Der zweite Irrtum ist, Resonanz sei grundsätzlich ein Fehler. Ohne sie gäbe es keine Musikinstrumente; problematisch wird sie erst dort, wo ein Wiedergaberaum dem Signal eigene Vorlieben aufzwingt.

Nicht zu verwechseln mit

Nachhall: Er beschreibt das Abklingen im ganzen Raum über alle Frequenzen. Eine Resonanz betrifft einen schmalen Bereich und einen bestimmten Ort.
Verzerrung: Sie entsteht in der Elektronik oder am Chassis, wenn die Grenzen überschritten werden — nicht durch Mitschwingen.
Rückkopplung: Ein geschlossener Kreis aus Mikrofon und Lautsprecher, der sich selbst aufschaukelt. Sie braucht die Elektronik, die Resonanz nicht.
Gehäuseresonanz: Ein Sonderfall, der mit dem Lautsprecher mitwandert und keine Eigenschaft Deines Raums ist.

Aus der Praxis

Ein Kunde meldet ein Dröhnen bei bestimmten Filmszenen. Die Messung zeigt eine kräftige Überhöhung knapp über 40 Hz — passend zur Raumbreite. Beim Nachhören fällt aber noch etwas anderes auf: Bei denselben Szenen scheppert eine Schranktür mit.

Damit stehen zwei Resonanzen nebeneinander, und sie brauchen verschiedene Antworten. Die Raummode ist ein Konzeptthema und wird über Sitzposition, Subwoofer-Aufstellung und gegebenenfalls eine zweite Bassquelle angegangen. Die Schranktür ist ein handwerkliches Thema und wird beschwert, gedämpft oder verriegelt. Wer beides in einen Topf wirft, sucht die Lösung an der falschen Stelle — kein Filter der Welt bringt eine klappernde Tür zum Schweigen.

Verknüpfte Inhalte

Die Resonanzen des Raums selbst behandelt der Eintrag zur Raummode, ihre Berechnung die Formel zu den axialen Raummoden und der Eintrag zu tangentialen und schrägen Moden. Absichtlich gebaute Resonanzen stehen bei Bassabsorber, das Abklingverhalten des ganzen Raums bei der Nachhallzeit.

Quellen

Begriff, Eigenfrequenz und Güte folgen DIN 1320, Kuttruff sowie Cox und D'Antonio.