Nachhall-Homogenität über Frequenz (Performance Level Akustik)

Zwei Räume können dieselbe mittlere Nachhallzeit haben und trotzdem grundverschieden klingen. Im einen klingt jeder Frequenzbereich etwa gleich lange nach, im anderen hängt der Bass eine halbe Sekunde hinterher, während die Höhen sofort weg sind. Die Mittelwerte sind gleich, der Höreindruck ist es nicht. Genau diesen Unterschied bewertet die Nachhall-Homogenität, im Register AKU-RTH.

Die Messgröße selbst — was die Nachhallzeit ist und wie man sie aufnimmt — klärt ihr Glossareintrag. Diese Seite setzt eine Stufe darüber an: bei der Streuung dieser Zeit über den Frequenzbereich.

Was gemessen wird

Die Nachhallzeit wird ohnehin je Frequenzband ermittelt, üblicherweise in Terzen oder Oktaven. Das Messergebnis ist also ein Verlauf über die Frequenz. Die Kategorie Nachhallzeit bewertet die Höhe dieses Verlaufs — ob er im Zielkorridor für das Raumvolumen liegt. Diese Kategorie hier bewertet seine Form: wie weit die einzelnen Bänder von einer Ziel-Maske abweichen.

Bewertet wird über zwei Größen nebeneinander:

• Die Abweichung ΔT über den Frequenzbereich. Wie viele Sekunden liegt jedes Terzband vom Mittelwert Tm entfernt, und bleibt es damit innerhalb der Toleranzmaske? Die Maske gilt von 63 Hz bis 8 kHz und ist dort verschieden weit; ab L5 kommt die Differenz zwischen benachbarten Terzbändern als zweite Größe dazu.
• Das Bassverhältnis. Die Nachhallzeit im Bass — die Oktaven 63 Hz und 125 Hz — geteilt durch die mittlere Nachhallzeit im Mittelband. Ein Wert von 1,0 hieße gleich lang, ein Wert von 1,6 hieße, der Bass klingt gut anderthalbmal so lange nach.

Beide Größen stehen bewusst nebeneinander, weil eine einzelne Toleranzangabe im Bass zu streng und in den Mitten zu lasch wäre. Unter etwa 200 Hz reagieren Räume auf ihre eigenen Maße — die Raummoden bestimmen dort das Abklingen, und keine Bedämpfung glättet den Verlauf so weit, wie es oberhalb von 200 Hz möglich ist. Deshalb bekommt der Bass eine eigene, weichere Größe statt derselben engen Toleranz.

Warum die Gleichmäßigkeit zählt

Ein Raum, dessen Nachhall über die Frequenz kippt, wirkt wie ein dauerhaft eingeschalteter Klangregler, den niemand abschalten kann. Bei langem Bassnachhall verschmieren aufeinanderfolgende Basstöne ineinander; die Tonhöhe im Bass wird schwer zu erkennen, und Sprache bekommt eine Wärme, die im Signal nicht steht. Kippt es andersherum — Höhen zu lang, weil viel harte Glasfläche und nur weiche Tiefenabsorption im Raum ist —, klingt es scharf und zischelig, und lange Hörsessions ermüden.

Das Tückische daran ist, dass eine Einmessung dagegen wenig ausrichtet. Ein DSP korrigiert den Frequenzgang am Hörplatz, also die Pegel. Wie lange ein Frequenzbereich nachklingt, ändert er damit nur begrenzt: Was der Raum an Energie speichert, gibt er weiter verzögert ab, auch wenn das Signal davor abgesenkt wurde. Deshalb wird diese Kategorie am Raum selbst bewertet, ohne elektronische Korrektur — sie beschreibt, was der Ausbau leistet, und nicht, was die Elektronik anschließend kaschiert.

Die Leiter L1 bis L5

Die Leiter steht inzwischen vollständig auf der Toleranzmaske, die ITU-R BS.1116-3 in Bild 1 zeichnet. Was die Stufen unterscheidet, ist der Frequenzbereich, über den diese Maske gelten muss — und auf L5 eine zweite Kennzahl.

◦ Wert wird derzeit geprüft.

Der Schnitt zwischen L3 und L4 folgt der Schwierigkeit im Bau. Im Mittelband kostet die Maske Absorptionsfläche, im Bass kostet sie Bauvolumen — deshalb verlangt L3 die beiden oberen Zonen der Maske und L4 zusätzlich die Bassflanke.

L5 lässt sich nicht über einen noch engeren Zahlenwert von L4 trennen, weil ein solcher Wert unter der Messunsicherheit läge. Stattdessen kommt eine zweite, unabhängige Kennzahl dazu: die Differenz zwischen benachbarten Terzbändern, die unter 0,05 Sekunden bleiben muss. EBU Tech 3276 setzt sie in Abschnitt 2.3 auf Seite 6 wörtlich für den Bereich von 200 Hz bis 8 kHz. Die Maske begrenzt den Abstand zum Mittelwert, die Nachbarbandregel die Sprunghaftigkeit des Verlaufs: Ein Raum kann innerhalb der Maske liegen und trotzdem von Terz zu Terz springen, und genau das hört man als Verfärbung.

Für L2 gibt es keine eigene Messgrundlage. Die 0,10 Sekunden entstehen, indem die L3-Toleranz verdoppelt wird, und das Bassverhältnis 1,8 schreibt den Schritt von 1,6 fort; beides gilt, bis die Kalibrierung an Projekten es bestätigt. Das schmalere Band von 250 Hz bis 4 kHz gehört zur weicheren Anforderung: Wo die Toleranz doppelt so groß ist, zählen die Randbänder noch nicht mit.

Das Bassverhältnis steht neben ΔT, weil die Maske unterhalb von 100 Hz nach unten offen ist und dort auch keine Obergrenze gegen einen langsamen Bass hilft, die im Mittelband greift. Ein Raum kann oberhalb von 200 Hz mustergültig gleichmäßig sein und im Bass trotzdem eine halbe Sekunde nachhängen — genau der Befund, den die Kategorie in Wohnräumen am häufigsten findet. Die Werte 1,6 und 1,35 sind eine Setzung von AVITECT; keines der beiden Rundfunk-Dokumente kennt ein Bassverhältnis.

Die Maske stammt aus den Rundfunk-Dokumenten für Abhörräume: ITU-R BS.1116-3 beschreibt die Anforderungen an Hörräume für subjektive Bewertungen, EBU Tech 3276 die der Europäischen Rundfunkunion für Regieräume. Beide geben statt einer einzelnen Toleranz einen frequenzabhängigen Korridor vor, der im Bass weiter und in den Mitten und Höhen enger ist.

Beide Zeichnungen sind am Original abgelesen. Aufgetragen ist immer die Differenz zwischen der gemessenen Nachhallzeit eines Terzbands und dem Mittelwert Tm, in Sekunden:

Vier Eigenschaften dieser Maske sind für die Leiter wichtig. Erstens ist sie unsymmetrisch: Nach oben öffnet sie sich unterhalb von 200 Hz bis auf das Sechsfache, nach unten überhaupt nicht. Ein Raum darf im Bass also deutlich länger nachklingen als im Mittelband, aber nicht kürzer. Zweitens beginnt die untere Grenze erst bei 100 Hz — darunter setzt die Zeichnung keine Schranke, weil kurze Nachhallzeiten bei tiefen Frequenzen kaum sicher messbar sind. Drittens verdoppelt sich die Toleranz oberhalb von 4 kHz in beide Richtungen. Viertens gibt die Maske keine Prozentangaben her: Eine Prozentzahl entsteht erst durch Division durch Tm und hängt damit am Raumvolumen.

Zwischen 63 und 200 Hz steht keine der Zahlen als Beschriftung in der Zeichnung; sie folgen der eingezeichneten Geraden — auf logarithmischer Frequenzachse rund −0,50 s je Dekade — und sind auf 0,05 s gerundet.

Die EBU-Fassung weicht oberhalb von 4 kHz ab: Dort bleibt ihre Obergrenze bei +0,05 s, und nur die Untergrenze fällt auf −0,10 s. Die Leiter führt die ITU-Fassung mit ±0,10 s, weil sie in beide Richtungen dieselbe Toleranz setzt. Wer nach der EBU-Zeichnung misst, ist oberhalb von 4 kHz strenger.

Als kritisch gilt die Kategorie nicht: Ein ungleichmäßiger Nachhall verfärbt den Klang, er verhindert die Nutzung des Raums aber nicht. Ihr Gewicht liegt bei 13 von 100 Punkten der Domäne und steht noch unter Prüfung.

So lässt sich das planen

Die Stufe steht nicht erst nach der Messung fest. Sie lässt sich aus dem Akustikplan schätzen, und zwar mit derselben Rechnung, die jeder Akustiker für die Nachhallzeit benutzt: Fläche mal Absorptionsgrad, Band für Band.

Der Weg hat drei Schritte. Erstens wird für jede Fläche im Raum — jeder Absorber, jeder Diffusor, jede unbehandelte Wand, dazu Bestuhlung und Leinwandtuch — die Fläche mit ihrem Absorptionsgrad je Oktavband multipliziert; die Absorptionsgrade stehen in den Datenblättern der Produkte, üblicherweise von 125 Hz bis 4 kHz. Zweitens werden diese Einzelwerte je Oktavband zur gesamten Absorptionsfläche addiert und nach Sabine gegen das Raumvolumen gerechnet: Nachhallzeit gleich 0,161 mal Volumen geteilt durch Absorptionsfläche. Drittens wird der so entstandene Verlauf über die Oktaven gegen seinen eigenen Mittelwert aufgetragen und gegen dieselbe Toleranzmaske geprüft wie eine echte Messung. Daraus folgt die prognostizierte Stufe; das Bassverhältnis ergibt sich aus denselben Werten.

Im Angebot heißt das: Die Kategorie ist mittel planbar, sobald die Absorptionsgrade der eingesetzten Produkte bekannt sind — und mittelschwer zu messen, weil die Terzauflösung bis hinunter zu 63 Hz und die Auswertung über mehrere Positionen sorgfältige Feldarbeit verlangen. Wo Datenblätter fehlen oder Bauteile improvisiert entstehen, wird die Kategorie im Planungsprofil als n/p geführt, mit dem Vermerk, welcher Wert fehlt; besonders oft sind es die Absorptionsgrade der Bassfallen bei 63 und 125 Hz, an denen das Bassverhältnis hängt. Die Prognose reicht bis L4; die Toleranzmaske auf neun von zehn Sitzplätzen einzuhalten weist erst die Messung nach. Im Regelfall steht die Nachhall-Homogenität als „L3 (geplant)" im Angebot, und ihr Nachweis ist Teil des Messpakets Akustik.

Wie sicher die Zahlen sind

L3, L4 und L5 hängen an Zahlen, die in den Quellen stehen. Die Toleranzmaske ist an beiden Originalen abgelesen und oben Frequenz für Frequenz beziffert; die Nachbarbandregel auf L5 steht wörtlich in EBU Tech 3276, dort in Abschnitt 2.3. Zwei frühere Ungenauigkeiten sind damit ausgeräumt: L3 verlangte oberhalb von 4 kHz mit 0,05 Sekunden das Doppelte dessen, was die Maske fordert, und L5 verlangte die „volle Maske einschließlich unterhalb 200 Hz", obwohl die Zeichnung unterhalb von 100 Hz gar keine untere Grenze setzt. Beides ist korrigiert.

Was bleibt, ist die Übertragung: Beide Dokumente beschreiben Arbeitsräume des Rundfunks. Ihre Anwendung auf ein Heimkino oder einen Wohnraum ist eine Entscheidung von AVITECT, keine Aussage der Quelle.

L2 ist aus L3 fortgeschrieben. Das Bassverhältnis ist ein Erfahrungswert ohne Normbeleg — EBU Tech 3276 regelt den Bereich unterhalb von 200 Hz stattdessen über die Differenz benachbarter Bänder, die dort unter 25 Prozent der längeren Zeit bleiben soll. Ob die Leiter dorthin wechselt, ist offen. Für die Einordnung eines Raums heißt das: Die Stufe L3 lässt sich heute schon vertreten, alles darüber gehört bis zur Kalibrierung als Zielrichtung behandelt und nicht als Abnahmewert.

Verknüpfte Inhalte

Ohne die Kategorie Nachhallzeit sagt die Gleichmäßigkeit wenig aus; beide zusammen und mit ihren Gewichten führen die Performance Level der Akustik. Was ein Level überhaupt bedeutet und warum es keinen Gesamtwert über alle Domänen gibt, erklärt die Übersicht zu den Performance Leveln. Die Grundlagen der Messgröße stehen im Glossareintrag zur Nachhallzeit, das Verhalten unterhalb von 200 Hz bei den Raummoden.

Quellen

Schwellen, Gewicht, Messgrößen und Prognoseregel stammen von AVITECT. Sie werden derzeit geprüft. ITU-R BS.1116-3 (§ 8.2.3.1 und Bild 1, Seite 14) und EBU Tech 3276 (§ 2.3 und Bild 1, Seite 6) liegen im Original vor; von dort stammen die Stützpunkte der Maske und die Nachbarbandregel auf L5. Das Bassverhältnis steht in keinem der beiden Dokumente.