Raumgeometrie und Modenverteilung (Performance Level Akustik)

Wie bewertet AVITECT die Raumproportionen eines Hörraums auf der Leiter L1 bis L5 — und was steht davon schon fest?

Die Raumgeometrie, im Register AKU-GEO, bewertet eine einzige Frage: Wie günstig stehen Länge, Breite und Höhe eines Raums zueinander, damit sich seine Raummoden einigermaßen gleichmäßig über die Frequenz verteilen? Welche Kriterien dahinterstehen, woher sie kommen und wie weit sie reichen, führt die Seite zu den Raumproportionen und der Modenverteilung aus. Hier geht es darum, was AVITECT aus diesen Kriterien als Stufe abliest.

Jedes Zimmer hat ein paar tiefe Töne, bei denen es von sich aus mitgeht. Wie gleichmäßig diese Töne über den Bass verteilt sind, hängt an den drei Maßen des Raums. Sind zwei davon in einem einfachen Verhältnis — das eine doppelt so lang wie das andere —, dann fallen mehrere dieser Töne zusammen und werden gemeinsam auffällig, während daneben eine Lücke bleibt. Diese Bewertung sagt Dir, wie gut Dein Raum in dieser Hinsicht dasteht. Baust Du neu, kostet ein besseres Ergebnis oft nur ein paar Zentimeter Verschiebung im Grundriss.

Was bewertet wird

Die Bewertung entsteht am Grundriss, bevor irgendetwas messbar ist: Aus den drei Kantenlängen folgen die Modenfrequenzen des Raums, und daraus folgt die Stufe. Zwei Maßstäbe stehen dabei nebeneinander.

Der eine kommt von Oscar Bonello, der 1981 in der Fachzeitschrift der Audio Engineering Society vorschlug, die Moden je Terzband zu zählen statt Kantenverhältnisse zu vergleichen. Seine Forderung: Die Zahl der Moden je Terzband darf mit steigender Frequenz nirgends abnehmen. Ein Band, das dünner besetzt ist als das darunter, ist genau die Lücke, die neben einer Häufung entsteht.

Der andere sind die Verhältnisbedingungen aus ITU-R BS.1116-3 und EBU Tech 3276. Beide Dokumente liegen im Original vor und formulieren dieselbe Bedingung. Sie besteht aus einer Hauptungleichung und zwei Nebenbedingungen:

1,1 · w/h ≤ l/h ≤ 4,5 · w/h − 4 l < 3h und w < 3h

Dabei ist l die größere und w die kleinere Grundrissabmessung — gleichgültig, wie der Raum orientiert ist —, h die Höhe. Gerechnet wird mit Innenmaßen, also von schallharter Fläche zu schallharter Fläche. Die beiden Nebenbedingungen schließen den langen Schlauch und den flachen Saal aus, in denen eine Achse die Modenreihe beherrscht; die Hauptungleichung schneidet zusätzlich die Kombinationen weg, in denen zwei Achsen zu ähnlich ausfallen. Dazu kommt die Regel, dass keines der drei Verhältnisse näher als 5 Prozent an einem ganzzahligen Wert liegen soll — sie steht auf L5 dieser Leiter.

Eine Herkunftsangabe zur Ungleichung enthält keines der beiden Dokumente; sie steht dort ohne Urheber und ohne Herleitung.

Beide Maßstäbe bewerten den leeren Quader mit schallharten Flächen. Wie laut eine einzelne Mode am Hörplatz ausfällt und wie lange sie nachschwingt, sagen sie nicht — das gehört zu anderen Kategorien des Akustik-Clusters.

Die Leiter selbst läuft über den Erfüllungsgrad in Prozent: Wie viele der Terzbänder im Modenbereich erfüllen das Bonello-Kriterium? Diese Prozentzahl ist die Achse, weil sie als einzige fünf unterscheidbare Stufen ergibt; die reine Ja-oder-nein-Formulierung der Kriterien liefert nur zwei. Gerechnet wird sie aus den drei Kantenlängen bis 300 Hz. Ab L4 kommt die gemessene Modenverteilung aus einer Tieftonmessung am Referenzsitz dazu, weil sich dort zeigt, was der gerechnete Grundriss verschweigt.

Warum die Stufe hörbar wird

Ungünstige Proportionen wirken sich sehr bestimmt aus: Zwei oder drei Moden fallen auf dieselbe Frequenz, addieren sich dort zu einer kräftigen Überhöhung und lassen im Band darüber eine dünne Stelle. Im Hören ist das ein Ton, der bei bestimmten Basslinien deutlich hervortritt, während dem Bass ein Terzband höher die Substanz fehlt.

Der praktische Grund für eine eigene Kategorie liegt aber im Zeitpunkt. Nachhallzeit, Erstreflexionen und Ruhepegel lassen sich am fertigen Raum noch verbessern; die Kantenverhältnisse nicht, sobald der Rohbau steht. Eine schlechte Bewertung hier ist deshalb kein Mangel, den man abarbeitet, sondern eine Ausgangslage, mit der die übrigen Maßnahmen rechnen müssen.

Die Leiter L1 bis L5

Stufe	Kriterium
L5	zusätzlich halten alle drei Verhältnisse — jedes einzeln geprüft — mindestens 5 % ◦ Abstand zu ganzzahligen Werten
L4	ab dem zweiten Terzband durchgehend erfüllt (rund 95 % ◦), gemessene Modenverteilung ohne Lücke größer als 20 Hz
L3	mindestens 85 % ◦ der Terzbänder, dazu die Verhältnisgrenzen l/h < 3 und b/h < 3
L2	Bonello-Kriterium in mindestens 70 % ◦ der Terzbänder erfüllt, keine zwei gleichen Kantenmaße
L1	Würfel oder zwei gleiche Kantenmaße; Bonello-Kriterium in weiten Teilen verletzt

◦ Wert wird derzeit geprüft.

Die 85 % auf L3 sind interpoliert: Sie liegen zwischen den beiden Stützwerten, die sich aus vorliegenden Rechenbeispielen ablesen lassen — 70 % ergeben dort L2, 96 % ergeben L4. Bis zur Kalibrierung an Projekten ist das eine Zwischenmarke und keine belegte Schwelle.

Was „überwiegend erfüllt" beim Bonello-Kriterium quantitativ bedeutet, ist nirgends festgelegt. Die Prozentskala macht die Frage wenigstens beantwortbar; die Prüfung am Original ersetzt sie nicht.

Die 5-%-Regel auf L5 gilt für jedes Verhältnis einzeln und nicht für die drei zusammen. Der Grund steckt in der Sache: Das Kriterium zielt auf einzelne zusammenfallende Modenreihen, und eine Gesamtbetrachtung über alle drei Verhältnisse würde genau diese Einzelkoinzidenz verdecken. Auch diese Regel wird derzeit geprüft.

So lässt sich das planen

Drei Zahlen genügen: Länge, Breite und Höhe als Innenmaße aus dem Grundriss. Daraus folgen die Modenfrequenzen, daraus die Zählung je Terzband bis 300 Hz für das Bonello-Kriterium, und daraus die Prüfung der Verhältnisbedingungen samt dem Abstand von 5 Prozent zu ganzzahligen Verhältnissen. L2 und L3 stehen damit vollständig fest, bevor der Rohbau beginnt. Die Kategorie ist leicht planbar, und weil der Wert im Plan steht, gibt es für die Prognose keine Obergrenze — mit einer Einschränkung aus der Leiter selbst: L4 und L5 verlangen zusätzlich die gemessene Modenverteilung am Referenzsitz. Erfüllt ein Grundriss das Bonello-Kriterium durchgehend, steht im Planungsprofil „L4 (geplant), Messteil offen"; wer diesen Zusatz vermeiden will, bleibt bei „L3 (geplant)". Ist der Raum kein Quader, wird die Kategorie nicht gewertet, und die Höchstpunktzahl der Domäne verkürzt sich um ihr Gewicht.

Die Modenverteilung nachzumessen ist mittelschwer, eine Tieftonmessung mit Auswertung, und gehört zum Messpaket Akustik. Im Regelfall bleibt die Stufe geplant: Die Kantenlängen ändern sich nach dem Bau nicht mehr, und die Messung bestätigt, was die Rechnung aus den drei Maßen vorhergesagt hat — oder sie zeigt die Lücke in der Modenverteilung, die den Sprung auf L4 erlaubt.

Wie sicher die Zahlen sind

Die beiden Kriterien sind belegt, die Skala ist es nicht. Die Verhältnisbedingungen und die 5-Prozent-Regel stehen wörtlich in EBU Tech 3276 Anhang 2 § 2 und in ITU-R BS.1116-3 § 8.2.2.3, beide am Original gelesen; das Bonello-Kriterium stammt aus einer veröffentlichten Arbeit, für die bisher nur Zweitdarstellungen vorliegen. Die Prozentwerte, die daraus fünf Stufen machen, sind aus Rechenbeispielen rekonstruiert. Die 70 % auf L2 und die rund 95 % auf L4 lassen sich dort nachvollziehen, die 85 % auf L3 liegen dazwischen und haben keinen eigenen Beleg.

Dazu kommt die Unsicherheit in der Eingangsgröße: Die Rechnung hängt an den Raummaßen auf etwa zwei Zentimeter genau und an der Frage, welche Begrenzungsflächen als schallhart zählen. Bei einem knappen Ergebnis entscheidet also die Aufnahme des Raums über die Stufe.

Grenzen der Bewertung

Die Kategorie gilt für Quader. Räume mit Dachschräge, L-förmigem Grundriss oder offenem Übergang zu Küche oder Flur lassen sich mit keinem der beiden Kriterien beurteilen; dort führt nur eine Simulation oder eine Messung weiter. Für solche Räume entfällt die Kategorie ersatzlos: Sie bekommt kein Level, die Höchstpunktzahl der Akustik-Domäne sinkt um ihr Gewicht, und der Messbericht nennt die Zahl der bewerteten Kategorien. Der Raum wird dadurch weder besser noch schlechter gestellt — bewertet wird, was sich bewerten lässt.

Die Größe des Raums bleibt außen vor. EBU Tech 3276 nennt in Anhang 2 neben den Proportionen auch Größenangaben: mindestens 40 Quadratmeter Grundfläche für einen Referenzhörraum, mindestens 30 für eine hochwertige Regie, höchstens 300 Kubikmeter Volumen. Diese Zahlen beschreiben Arbeitsräume des Rundfunks, in denen drei bis sieben Hörer gleichzeitig beurteilen, und sind hier ausdrücklich kein Kriterium: Ein 22-Quadratmeter-Wohnzimmer unterschreitet sie regelmäßig, ohne dass das ein Mangel wäre. Als Einordnung sind sie trotzdem nützlich — wer weiß, für welche Raumgrößen die zitierten Vorgaben geschrieben wurden, versteht besser, warum ihre Anwendung im Wohnraum eine Übertragung bleibt.

Auch ein Raum, dessen Geometrie längst feststeht, wird bewertet. Das Level beschreibt, was im Raum gemessen wird, nie, wer es zu verantworten hat. Im Bericht steht dazu der Vermerk „baulich gegeben", und das kleine Gewicht der Kategorie sorgt dafür, dass ein ungünstiger Grundriss das Gesamtergebnis der Domäne nur wenig bewegt.

Und keines der beiden Kriterien ist gegen Hörversuche geprüft. Sie optimieren gerechnete Kenngrößen, deren Zusammenhang mit dem Gehörten plausibel, aber nicht belegt ist. Eine hohe Stufe hier sagt deshalb weniger über das Ergebnis aus als eine hohe Stufe in einer gemessenen Kategorie — ein Grund, warum die Kategorie im Akustik-Cluster nicht als kritisch geführt wird und mit 5 von 100 Punkten am unteren Ende der Domäne liegt; auch dieses Gewicht steht noch unter Vorbehalt.

Verknüpfte Inhalte

Die fachliche Herleitung der Kriterien, ihre Widersprüche untereinander und die Frage, was im Neubau davon bleibt, stehen auf der Seite zu den Raumproportionen und der Modenverteilung. Wie sich Moden im fertigen Raum bemerkbar machen und in welcher Reihenfolge man dagegen vorgeht, erklärt die Seite zu den Raummoden. Wo die Geometrie unter den zehn Akustik-Kategorien steht und wie klein ihr Anteil am Domänenergebnis ist, rechnet Performance Level Akustik vor; dass die Level die geplante oder gemessene Ausführungsqualität beschreiben und nicht den Anspruch eines Projekts, ordnet Performance Level ein.

Quellen

Stufenwerte und Gewicht stammen von AVITECT. Sie werden derzeit geprüft. Die Verhältnisbedingungen sind im Original nachgeschlagen — EBU Tech 3276 Anhang 2 § 2 (Seite 11 f.) und ITU-R BS.1116-3 § 8.2.2.3 (Seite 13). Für Bonello 1981 liegen weiterhin nur Zweitdarstellungen vor; die fachliche Einordnung beider Kriterien steht auf der Seite zu den Raumproportionen.