Schroeder-Diffusor (QRD)

Was ist ein Schroeder-Diffusor?

Ein Schroeder-Diffusor ist eine Struktur aus nebeneinanderliegenden Kammern unterschiedlicher Tiefe, getrennt durch dünne Stege. Weil jede Kammer den Schall mit anderer Verzögerung zurückwirft, entsteht statt einer gerichteten Reflexion eine Streuung über viele Richtungen.

Eine glatte Wand wirft Schall wie ein Spiegel zurück: als einen gebündelten Strahl. Setzt man stattdessen viele schmale Fächer unterschiedlicher Tiefe nebeneinander, kommt aus jedem Fach der Ton ein winziges bisschen später heraus, und aus dem einen Strahl werden viele schwache Anteile in alle Richtungen. Der Schall bleibt dabei im Raum — er wird nur unauffälliger, statt geschluckt zu werden. Solche Strukturen hängen deshalb meist hinter Dir und brauchen etwas Abstand zu Deinem Sitzplatz, um zu wirken.

Ausführliche Erklärung

Das Verfahren geht auf Manfred R. Schroeder zurück, der als Physiker an der Universität Göttingen und bei den Bell Laboratories arbeitete und in den 1970er-Jahren vorschlug, Streuflächen nicht nach Gefühl zu formen, sondern die Kammertiefen aus zahlentheoretischen Folgen abzuleiten. Bei der bekanntesten Bauform, dem Quadratic Residue Diffusor, ergeben sich die Tiefen aus den quadratischen Resten modulo einer Primzahl. Der Grund für diesen Umweg über die Zahlentheorie ist eine Eigenschaft dieser Folgen: Sie sorgen dafür, dass die zurückgeworfene Energie über einen weiten Winkelbereich vergleichsweise gleichmäßig verteilt wird, statt in einzelnen Richtungen Zacken zu bilden.

Der Wirkbereich ist nach beiden Seiten begrenzt, und beide Grenzen folgen aus der Geometrie. Nach unten legt die tiefste Kammer fest, bis zu welcher Frequenz die Struktur überhaupt noch Laufzeitunterschiede erzeugt — je tiefer der Aufbau, desto tiefer die Wirkung, und für den Bassbereich kämen Bautiefen heraus, die kein Wohnraum hergibt. Nach oben begrenzt die Breite der einzelnen Kammer den Bereich: Sind die Wellen deutlich kleiner als eine Kammer, verhält sich diese wieder wie eine kleine glatte Wand. Beide Grenzen sind rechenbar; die Zahlen dazu — Kammertiefen aus der Zahlenfolge, untere Grenze aus der tiefsten Kammer, obere aus der Kammerbreite — stehen auf der Formelseite zur QRD-Auslegung.

Die Bauform hat zwei Nebenwirkungen. Erstens absorbiert ein Schroeder-Diffusor mehr, als seine Bauart vermuten lässt: In den schmalen, tiefen Kammern verliert die Luftbewegung durch Reibung Energie, besonders bei den tieferen Wirkfrequenzen. Zweitens braucht die Struktur Abstand zum Hörplatz — warum, und wie die Abwägung gegen Absorption ausfällt, steht beim Eintrag Diffusion.

Neben der eindimensionalen Rillenform gibt es zweidimensionale Varianten, die in beide Richtungen streuen und im Handel meist als Felder aus unterschiedlich hohen Klötzchen auftreten. Das Prinzip bleibt dasselbe; nur die Folge wird auf ein Raster statt auf eine Reihe abgebildet.

Häufiges Missverständnis

Weil die Optik markant ist, gilt der Schroeder-Diffusor vielen als das Erkennungszeichen eines ernsthaften Raums, und er wandert dann an die Seitenwände neben die Lautsprecher. Genau dort sitzen aber die frühen Reflexionspunkte, und eine gestreute frühe Reflexion bleibt eine frühe Reflexion — die Energie ist weiterhin im Raum, nur aus mehreren Richtungen. Für die Ortung ist damit wenig gewonnen. Der Platz einer solchen Struktur ist der Bereich der späteren Rückwürfe, typischerweise die Rückwand, und auch dort nur mit ausreichendem Abstand.

Der zweite Irrtum betrifft das Aussehen: Eine unregelmäßig strukturierte Wand ist noch kein Diffusor nach diesem Prinzip. Ohne ausgelegte Kammertiefen streut sie irgendwie — was für eine Bücherwand völlig in Ordnung ist, aber keinen definierten Wirkbereich hat.

Nicht zu verwechseln mit

Schroeder-Frequenz: Eine Kennzahl des Raums, benannt nach demselben Physiker, aber kein Bauteil und ohne fachlichen Zusammenhang mit dem Diffusor.
Poröser Absorber: Er entzieht dem Raum Energie. Der Diffusor verteilt sie, auch wenn er nebenbei etwas schluckt.
Diffusion: Der Vorgang selbst. Der Schroeder-Diffusor ist eine von mehreren Bauformen, die ihn erzeugen.
Akustisch wirksame Dekorwand: Struktur ohne Auslegung, mit unbestimmtem Wirkbereich.

In der Planung

In einem Heimkino sitzt die letzte Reihe rund einen Meter vor der Rückwand, und der Kunde möchte dort Diffusoren einsetzen, weil der Raum sonst zu trocken wirkt.

Welchen Charakter soll der Raum bekommen — mehr Räumlichkeit oder maximale Ortungsschärfe. Die Verfahrensfrage entscheidet sich hier aber an der Geometrie, und zwar gleich doppelt: Bei einem Meter Abstand bekommt eine tief wirksame Struktur ihren Arbeitsabstand nicht, und die Bautiefe, die sie für tiefe Wirkung bräuchte, würde zusätzlich Raumtiefe kosten, die ohnehin fehlt. In dieser Konstellation ist Absorption an der Rückwand die tragfähigere Wahl, während die Diffusion an die Seiten- oder Deckenflächen im hinteren Raumdrittel wandert. Bauformen und Bautiefen ganz zum Schluss.

Verknüpfte Inhalte

Was Diffusion bewirkt und wie sie sich von Absorption unterscheidet, steht im Eintrag zur Diffusion; die Kennwerte Streugrad und Diffusionsgrad ebenfalls dort. Wo im Raum welche Maßnahme hingehört, klären Reflexion und Erstreflexionspunkt. Die gleichnamige Kennzahl behandelt die Schroeder-Frequenz. Wer die Wirkgrenzen einer konkreten Struktur ausrechnen will, findet Auslegungsvorschrift und Rechenbeispiel auf der Formelseite zur QRD-Auslegung.

Quellen

Prinzip, Auslegung und Grenzen folgen Schroeders Originalarbeiten von 1975 und 1979, der Darstellung bei Cox und D'Antonio und den Streumessnormen ISO 17497-1 und ISO 17497-2.