Abklingverhalten im Modenbereich (Performance Level Akustik)

Zwei Räume können im Bass denselben Frequenzgang zeigen und trotzdem verschieden klingen, weil sie sich in der Zeit unterscheiden: Im einen Raum ist der Basston weg, sobald das Signal aufhört, im anderen hängt er nach. Genau diese Zeit bewertet das Abklingverhalten im Modenbereich, im Register AKU-MOD: wie schnell die tiefen Resonanzen eines Raums ausschwingen.

Was eine Raummode überhaupt ist, warum sie Energie speichert und warum sie an jedem Sitzplatz anders ausfällt, steht bei den Raummoden. Diese Seite bleibt bei der Bewertung: was gemessen wird, was die Stufen unterscheidet und welche Zahlen noch geprüft werden. Für Akustik, Ton und HiFi gilt dieselbe Messvorschrift, denn es ist dieselbe physikalische Größe.

Was gemessen wird

Angeregt wird der Raum im Modenbereich — grob unterhalb der Schroeder-Frequenz, bewertet zwischen 32 und 250 Hz. Bewertet wird jede einzelne Mode für sich: Aus einer Sweep-Messung am Referenzsitz folgt für jede Resonanz eine eigene Abklingzeit, ermittelt als T20 und auf einen Abfall von 60 dB hochgerechnet. So hat Bruno Fazenda, Akustiker an der Universität Salford, die Größe 2015 mit seinen Koautoren definiert: als Abfall einer einzelnen Resonanz, wofür der Diffusfeld-Nachhall keine brauchbare Beschreibung liefert. Die Stufe entscheidet die Mode, die am längsten nachklingt.

Anders als ein fester Grenzwert ist die zulässige Abklingzeit frequenzabhängig: Bei 32 Hz darf eine Mode deutlich länger nachklingen als bei 200 Hz, bevor sie als Stufenverstoß zählt. Grund ist das Gehör selbst — im tiefsten Bass braucht es länger, bis ein nachklingender Ton als eigenständiges Ereignis auffällt, während er ab rund 100 Hz schon nach kurzer Zeit hervortritt. Die Leiter legt dafür Stützstellen bei 32, 63, 100, 125, 150, 200 und 250 Hz fest; zwischen den Stützstellen wird linear in der Frequenz interpoliert, unterhalb 32 Hz gilt der 32-Hz-Wert. Ob sich unterhalb von 32 Hz überhaupt eine belastbare Hörschwelle angeben lässt, wird derzeit untersucht; bis dahin beginnt die Leiter bei 32 Hz. Bewertet wird bei Referenzpegel — 85 dB entspricht der Kino-Referenz, für Musikwiedergabe 75 bis 85 dB —, weil unterhalb 63 Hz die Hörbarkeit einer nachklingenden Mode selbst vom Pegel abhängt.

Dass die Bewertung an der einzelnen Mode hängt und nicht an einem Mittelwert, ist eine Entscheidung mit Folgen. Zur Wahl standen auch die Abklingzeit T30 je Terzband und ein gemittelter Wert über den unteren Bassbereich. Beide sind einfacher zu messen, mitteln aber genau das weg, was der Hörer wahrnimmt: die eine Resonanz, die stehen bleibt. Die modale Abklingzeit ist außerdem die Größe, an der auch die verwandten Kategorien in der Ton- und HiFi-Domäne hängen, sodass für dieselbe physikalische Frage eine Messvorschrift genügt. Wie gut die Wahl in realen Wohnräumen funktioniert, wird derzeit an Projekten geprüft. Terzmittel und T30 je Terzband bleiben Alternativverfahren für Messberichte, die schon in dieser Form vorliegen — umrechnen lassen sich ihre Zahlen nicht.

Zwei Abgrenzungen legen fest, was in diese Kategorie hineinzählt und was nicht.

Die erste betrifft die Technik. Bewertet wird der Raum ohne aktive Basskontrolle: ohne Einmessung, ohne Entzerrung, ohne Bass-Arrays. Was ein DBA oder eine Raumkorrektur an derselben Größe leistet, bewertet die Ton-Domäne als eigene Kategorie am eingemessenen System — und zwar am Absolutwert im fertigen Zustand, nicht am Abstand zum Rohraum. Die Trennung ist bewusst so gesetzt: Sonst hebt eine gekaufte Elektronik die Bewertung des Raums an, und die Planung verliert den Maßstab, an dem sich Bauentscheidungen messen lassen.

Die zweite betrifft den Frequenzbereich. Die Nachhallzeit im Mittel- und Hochton ist eine eigene Kategorie mit eigener Leiter. Im Modenbereich lässt sich Nachhall statistisch gar nicht sinnvoll beschreiben, weil dort einzelne Resonanzen dominieren und keine dichte Modenverteilung mehr vorliegt. Deshalb steht das Abklingverhalten im Bass hier für sich.

Warum das zählt

Der Bass ist die Frequenzlage, in der Räume am stärksten voneinander abweichen, und langes Ausschwingen ist die Ursache hinter der häufigsten Beschwerde überhaupt: Es dröhnt. Wer das hört, beschreibt dabei selten eine Überhöhung im Frequenzgang; beschrieben wird ein Ton, der sich über die Musik legt und länger da ist als der Rest.

Praktisch merkst Du es an drei Stellen. Basslinien verlieren ihre Kontur, weil der vorige Ton noch steht, wenn der nächste anfängt. Der Filmton wird laut, bevor er präzise ist — ein Türknall füllt den Raum, statt zu enden. Und die Lautstärke, bei der es angenehm bleibt, sinkt, weil das Nachschwingen mit dem Pegel wächst.

Der Hebel dagegen ist Bauvolumen, kein Gerät. Eine Resonanz gibt Energie ab, weil ihr etwas Energie entzieht; im Wohnraum heißt das poröse Masse in ausreichender Tiefe, und die muss irgendwo hin. Genau deshalb ist diese Kategorie eine Planungsgröße und keine Nachrüstgröße — sie entscheidet sich, wenn über Wandaufbauten und Nischen geredet wird, und nicht bei der Gerätewahl.

Die Leiter L1 bis L5

Angegeben ist die Abklingzeit der Einzelmode, auf 60 dB hochgerechnet, an den Stützfrequenzen der Leiter — gemessen ohne aktive Basskontrolle. Zwischen den Stützstellen wird linear interpoliert, unterhalb 32 Hz gilt der 32-Hz-Wert; eine Zelle ohne Wert liegt zwischen zwei benachbarten Stützstellen und ergibt sich aus der Interpolation.

◦ Wert wird derzeit geprüft.

*L5 verlangt dieselben Zahlen wie L4, aber nicht nur am Referenzsitz: als 90-Perzentil über alle regelmäßig genutzten Sitzplätze.

Der Wert für L2 hat keine eigene Messung hinter sich. Er liegt rund ein Drittel über der Musikschwelle der Hörstudie, mit den älteren Literaturwerten von Karjalainen und Avis als Größenordnung zur Kontrolle.

Bei 32 Hz stehen L2, L3 und L4 auf demselben Wert von 0,90 Sekunden. Der Grund liegt im Gehör: So tief unten fällt ein nachklingender Ton erst sehr spät auf, und die Hörstudie hat unterhalb von 63 Hz keine eigene Musikschwelle gemessen. Damit die Leiter an jeder Stützstelle in dieselbe Richtung strenger wird, gilt an dieser einen Frequenz für die drei mittleren Stufen der Wert der Absolutschwelle. Praktisch heißt das: Bei 32 Hz trennen die Stufen nichts mehr, die Unterschiede entstehen ab 63 Hz.

Ab 150 Hz stehen 0,17 Sekunden. Das ist der Wert, den die Hörstudie bei 200 Hz gemessen hat; die Leiter führt ihn so, wie er dort veröffentlicht ist. Bei 150 Hz liegt die Leiter dadurch eine Hundertstelsekunde unter dem Studienwert — eine bewusste Vereinfachung, damit im ganzen oberen Modenbereich dieselbe Zahl gilt.

L4 und L5 teilen sich dieselben Zahlenwerte. Der Unterschied steckt im Ort: L4 verlangt sie am Referenzsitz, L5 verlangt sie an praktisch jedem Platz im Raum. Das trennt einen Raum, in dem nur der beste Sitz gut klingt, von einem Raum, der das an fast jedem Platz leistet.

Was die Leiter wert ist, zeigt sich am oberen Ende: L4 und L5 sind passiv, also allein über Raumakustik, in einem normalen Wohnraum kaum zu erreichen. Das ist keine Schwäche der Leiter — es ist die Aussage, dass in dieser Kategorie ohne baulichen Eingriff wenig zu holen ist und dass die Kalibrierung an echten Projekten stattfinden muss.

So lässt sich das planen

Wo die Moden liegen, folgt aus den Raummaßen; wie schnell sie abklingen, folgt aus nichts, was im Plan steht. Die Abklingzeit hängt an der Bassabsorption genau an den Druckmaxima der jeweiligen Mode, und die lässt sich auch mit bekanntem Absorptionsgrad nicht ortsaufgelöst vorhersagen. Für diese Kategorie gibt es deshalb keine Rechenregel, und die Prognose steht als Spanne zweier Nachbarstufen, die sich an der Bestückung mit Bassfallen orientiert: unbehandelt L1 bis L2; Bassfallen an mindestens zwei Raumkanten L2 bis L3; Bassfallen an allen vier vertikalen Kanten mit einem Tieftonabsorber an der Rückwand L3 bis L4. Nach oben begrenzt die Sabine-Nachhallzeit bei 63 und 125 Hz die Spanne, denn eine Mode klingt selten länger nach als der Raum in diesem Band insgesamt. Eingang sind die Raummaße, die Bassfallen mit ihrem Absorptionsgrad zwischen 32 und 125 Hz und die Sitzpositionen.

Die Kategorie ist schwer planbar, und die Zuordnung oben ist eine Setzung von AVITECT — die erste, die an den gemessenen Räumen überprüft wird. In die Rechnung der Domäne geht die untere Grenze der Spanne; die obere bleibt als Aussicht stehen. Im Planungsprofil steht das Modenabklingen deshalb etwa als „L2 bis L3 (geplant)" und rechnet mit L2. Zu messen ist es mittelschwer — Impulsantwort am Referenzsitz, ausgewertet Mode für Mode — und gehört zum Messpaket Akustik. Mehr als bei fast jeder anderen Kategorie lohnt hier die Messung, weil erst sie zeigt, ob die obere Grenze der Spanne erreicht ist.

Wie sicher die Zahlen sind

Die Stufenwerte stehen auf unterschiedlich festem Grund. L3, L4 und die Zahlenwerte von L5 stammen aus der Hörstudie von Fazenda und seinen Koautoren: Mit künstlichen Testtönen an 17 Probanden haben sie ermittelt, ab welcher Abklingzeit eine Mode auch für kritisches Hören unhörbar bleibt — das liefert L4. Mit auralisierter Musik an 10 Probanden haben sie die Schwelle ermittelt, ab der eine Mode im Alltagshören auffällt — das liefert L3. Die Studie ist begutachtete Fachliteratur und kein Normtext; für eine wissenschaftliche Arbeit ist das die zutreffende Einordnung und keine schwächere Notlösung. Sie liegt AVITECT im Original vor.

L2 hat keine Studie hinter sich, sondern ist ein Erfahrungswert von AVITECT und wird derzeit geprüft. Die Zusatzbedingung von L5 — dieselben Zahlen wie L4, aber als 90-Perzentil über alle Sitzplätze statt nur am Referenzsitz — geht über das hinaus, was die Studie selbst zeigt: Sie hat ausschließlich an einer Hörposition gemessen.

Zur Einordnung gehört auch, was die Studie nicht liefert. Gemessen wurde über Kopfhörer an einem Raummodell ohne Grundgeräusch, nicht über Lautsprecher im realen Wohnraum, und nicht unterhalb von 32 Hz. Im bewohnten Raum verdeckt der Ruhepegel eine lange Abklingzeit teilweise — die Schwellen aus dem Modell liegen damit eher auf der strengen Seite. Die Konfidenz der Kategorie steigt dadurch von niedrig auf mittel; endgültig belegt ist sie erst nach der Kalibrierung an eigenen Projekten.

Für die Messvorschrift ist eine zweite Spur inzwischen abgearbeitet: Der Abschnitt 7 der Heimkino-Planungsempfehlung CEDIA/CTA-RP22 sollte gegengeprüft werden, weil dort Raummoden behandelt werden. Die Nachlese am Volltext ergibt eine Fehlanzeige. Der Abschnitt beschreibt Subwoofer-Anordnungen und die mittlere Ortsvarianz über die Sitzfläche, nennt aber weder eine Abklingzeit noch ein Verfahren, sie zu bestimmen, und auch keinen Schwellenwert. Das Nächstgelegene steht in Abschnitt 9.1.1 auf Seite 102 f. und betrifft die Nachhallzeit — eine andere Größe. Die Messvorschrift dieser Leiter bleibt damit bei Fazenda 2015.

Verknüpfte Inhalte

Die physikalische Grundlage — was Moden sind, warum sie an jedem Platz anders ausfallen und in welcher Reihenfolge Maßnahmen greifen — steht bei den Raummoden. Das Abklingen im Bass ist eine der schwerer wiegenden Akustik-Kategorien; ihren Anteil am Domänenergebnis beziffert Performance Level Akustik. Woher die fünf Stufen kommen und wie sie über die Domänen hinweg zusammengesetzt werden, erklärt Performance Level.

Quellen

Messvorschrift, Stufenwerte und Gewichtung stammen von AVITECT. Sie werden derzeit geprüft. Die Zahlen von L3 bis L5 stützt die Hörstudie von Fazenda, Stephenson und Goldberg aus dem Jahr 2015, die AVITECT im Original gelesen hat.