Wandabstand und Grenzflächenankopplung

Es gibt keinen richtigen Wandabstand, sondern zwei brauchbare Antworten und einen Bereich dazwischen, in dem beide Effekte gleichzeitig arbeiten. Der Grund ist, dass am selben Maß zwei Mechanismen ziehen: Die Reflexion von der Fläche hinter dem Lautsprecher erzeugt einen Einbruch, dessen Frequenz mit wachsendem Abstand sinkt — das ist SBIR. Die Fläche selbst erzeugt einen Pegelgewinn im Tiefton, sobald der Lautsprecher in ihr sitzt statt davor — das ist der Baffle Step.

Daraus folgt die Weggabelung, die die Kinoplanungsempfehlung CEDIA/CTA-RP22 in § 5.9.3 ausspricht: entweder bündig in eine große Fläche, oder mehr als einen Meter davor. Welcher der beiden Wege der richtige ist, entscheidet nicht die Akustik allein — Raumschnitt, Systemkonzept und die Frage, was man sehen will, wiegen mit.

Zwei Mechanismen, ein Maß

Die beiden Effekte hängen an verschiedenen Größen, und das ist der Schlüssel zum Verständnis. SBIR hängt am Abstand zwischen Lautsprecher und Fläche, der Baffle Step an der Breite der Fläche, in der er sitzt.

Die erste Tabelle liest man von unten nach oben: Je näher der Lautsprecher an der Wand steht, desto weiter wandert sein Einbruch nach oben — bei 0,3 m sitzt er bei knapp 290 Hz und damit mitten in den Grundtönen von Stimmen und Instrumenten. Die zweite Tabelle sagt, wo der Gewinn einsetzt, wenn man den anderen Weg wählt: Eine Vorwand über die Raumbreite schiebt den Übergang auf unter 30 Hz und koppelt den Lautsprecher damit über den gesamten Bass an den Halbraum an.

Beide Zahlen sind Faustformeln und keine Grenzwerte; die Herleitungen und ihre Unsicherheiten stehen bei den beiden Glossareinträgen.

Was der Abstand mit der abgestrahlten Leistung macht

Beide Tabellen beschreiben, was am Hörplatz ankommt. Daneben steht eine zweite Betrachtung, die für die Entscheidung über den Abstand wichtiger ist, als sie aussieht: wie viel Leistung der Lautsprecher überhaupt abgibt. Durchgerechnet und gemessen hat das Roy Allison, damals bei Acoustic Research in Massachusetts, in einer Arbeit für die Audio Engineering Society von 1974 — der Primärquelle für diesen Zusammenhang.

Sein Ergebnis in einem Satz: Der bekannte Zugewinn von rund 3 dB je Grenzfläche gilt nur, solange der Abstand ein sehr kleiner Bruchteil der Wellenlänge ist — also im tiefsten Bass. Bei einem Viertel der Wellenlänge ist er auf null, und das ist genau die Frequenz aus der ersten Tabelle: 86/d ist die Frequenz, bei der ein Viertel der Wellenlänge dem Wandabstand entspricht. Oberhalb davon kippt der Beitrag ins Minus. Zwischen einem Viertel und einer halben Wellenlänge — also zwischen der Einbruchsfrequenz und ihrem doppelten Wert — liegt die abgestrahlte Leistung unter dem Freifeldwert, bei drei Flächen um bis zu 11,5 dB. Für übliche Wohnraumaufstellungen beziffert Allison die Streuung im Tieftonleistungsgang auf 5 bis 12 dB. Der Verlauf im Einzelnen steht bei SBIR.

Für diese Seite folgt daraus eine Korrektur am naheliegenden Denkmodell. Der Lautsprecher von der Wand wegzurücken bedeutet nicht, in einen neutralen Zustand zurückzukehren — es bedeutet, von der Ankopplung in den welligen Bereich zu wechseln. Es gibt also keine Position, an der die Flächen einfach nicht mehr mitspielen; es gibt nur die Wahl, wo ihr Beitrag liegt und ob er dorthin fällt, wo dieser Lautsprecher arbeitet.

Die drei Antworten, die es tatsächlich gibt

Bündig in eine große Fläche

Der Lautsprecher wird Teil der Wand — als Baffle Wall im gebauten Kino, als Akustik-Vorwand in der wohnraumtauglichen Variante. Der Rückweg zur Wand entfällt, die Kantenbeugung am Gehäuse entfällt, und der Tiefton koppelt an den Halbraum an.

Der Preis steht in der Bauaufgabe. Die Fläche muss Masse und Steifigkeit haben, sonst schwingt sie mit und kehrt den Gewinn ins Gegenteil um — der Zusammenhang steht bei der Bauart. Sie kostet Raumtiefe, auch wenn weniger, als gemeinhin angenommen wird: Für die Lage des Übergangs zählt die Breite, nicht die Tiefe des Aufbaus. Und sie verlangt eine Entzerrung, wenn der Lautsprecher freistehend entwickelt wurde: Seine eingebaute Baffle-Step-Kompensation gleicht einen Tieftonverlust aus, den es bündig eingebaut nicht mehr gibt. Sie bleibt aber aktiv, und das Ergebnis ist ein Bassüberschuss.

Deutlich davor

Bleibt der Lautsprecher frei im Raum, ist die Frage, wohin der unvermeidliche Einbruch fällt. Mehr als ein Meter Abstand — die Angabe aus RP22 — schiebt ihn auf 86 Hz und darunter, also in den Bereich, in dem ohnehin mehrere Bassquellen, Raumkorrektur und Absorber arbeiten und in dem der Hauptlautsprecher oft gar nicht mehr allein zuständig ist.

Bezahlt wird das mit Stellfläche, die im Wohnraum selten übrig ist, und mit einer optischen Entscheidung: Lautsprecher, die einen Meter vor der Wand stehen, sind sichtbar und sollen es meist auch sein. Und der Weg schiebt den Einbruch nach unten, er beseitigt ihn nicht: Zwischen 86 und 172 Hz liegt die abgestrahlte Leistung bei einem Meter Abstand nach Allison unter dem Freifeldwert. Was der Meter kauft, ist die Verlagerung in einen Bereich, den andere Mittel bearbeiten — keine Rückkehr in den Freifeldzustand.

Der Bereich dazwischen

Zwischen etwa 0,3 und 1 m stehen die meisten Lautsprecher in Wohnräumen, und dort ist keiner der beiden Mechanismen sauber: Der Einbruch liegt zwischen 90 und 290 Hz, also im hörbar heiklen Bereich, und die Wand ist zu weit weg, um als Schallwand zu wirken.

Tragfähig wird diese Lage nicht durch das Feilen am Abstand, sondern durch zwei andere Stellschrauben. Die erste ist die Fläche hinter dem Lautsprecher: Ist sie bedämpft, kommt weniger zurück, und der Einbruch fällt flacher aus. Die zweite ist die Trennfrequenz zum Subwoofer, und sie wiegt schwerer, weil sie darüber entscheidet, ob der Einbruch überhaupt in den Arbeitsbereich des Lautsprechers fällt.

Was die Trennfrequenz daran ändert

Läuft der Hauptlautsprecher über ein Bassmanagement hochpassgefiltert — im Heimkino typischerweise bei 80 Hz —, dann strahlt er unterhalb dieser Frequenz kaum noch ab. Ein SBIR-Einbruch, der bei 57 Hz läge, betrifft ihn dann praktisch nicht mehr.

Die Rechnung dreht sich damit um: Nicht jeder Einbruch muss vermieden werden, sondern nur der, der im Arbeitsbereich des jeweiligen Lautsprechers liegt. Bei 0,8 m Abstand fällt der Einbruch auf 108 Hz und damit oberhalb der Trennfrequenz — er trifft den Hauptlautsprecher. Bei 2,0 m fällt er auf 43 Hz und damit in den Bereich des Subwoofers, der aber ganz woanders steht und deshalb seinen eigenen Abstand und seinen eigenen Einbruch hat.

Daraus folgt eine Regel, die keine Zahl braucht: Der Wandabstand wird für jede Quelle einzeln bewertet, gegen ihren eigenen Arbeitsbereich. Für die Hauptlautsprecher ist die Frage vor allem eine des Grundtons, für die Subwoofer eine des Tieftons — und beide Antworten fallen selten gleich aus.

Warum Entzerren den Einbruch nicht schließt

Ein Equalizer schickt mehr Signal in denselben Lautsprecher und damit mehr Signal auf denselben Umweg zur Wand; das Verhältnis der beiden Anteile am Hörplatz bleibt, während der Verstärker heizt. Ausführlich steht das beim Eintrag zu SBIR, samt dem dort vermerkten Prüfvorbehalt. Hier zählt nur die Folge für die Planung: Der Wandabstand ist eine Entscheidung, die in der Geometrie fällt und sich später nicht elektronisch nachholen lässt.

Die Entscheidungsfolge

Es gibt keine Pauschalempfehlung, weil die Abwägung an drei Größen hängt, die von Projekt zu Projekt verschieden sind: an der Tiefe, die der Raum vor der Wand hergibt, an der Trennfrequenz zum Subwoofer und daran, ob die Lautsprecher sichtbar bleiben sollen. Ist die Wandfläche frei planbar und die Optik zweitrangig, liegt der bündige Einbau vorn, weil bei ihm der Einbruch gar nicht erst entsteht. Ist die Wand belegt oder soll der Lautsprecher als Möbel sichtbar bleiben, ist der deutliche Abstand der ehrlichere Weg, weil er den Einbruch dorthin verschiebt, wo Bassmanagement und Bedämpfung ihn auffangen. Was sich unabhängig vom Einzelfall angeben lässt, ist die Reihenfolge der Fragen — und sie folgt der AVITECT-Logik: erst das Konzept, dann das Verfahren, dann das Gerät.

1. Soll man die Lautsprecher sehen? Das ist eine Konzeptfrage und keine akustische. Wer sie sehen will, hat den bündigen Einbau bereits ausgeschlossen; wer sie nicht sehen will, hat mit der Vorwand die akustisch stärkere Option in der Hand und muss nur noch klären, ob der Raum sie hergibt.
2. Wie viel Tiefe gibt der Raum her, und was steht an dieser Wand? Bildfläche, Fernseher, Fenster, Tür — die Wand hinter den Frontlautsprechern ist in Wohnräumen selten frei. Ein bündiger Aufbau verträgt sich mit einer flächenbündigen TV-Integration, mit einem Fenster nicht.
3. Sind die Lautsprecher für den bündigen Einbau ausgelegt? Einbaulautsprecher sind auf Halbraum abgestimmt, freistehend entwickelte nicht. Der Unterschied ist mit Entzerrung beherrschbar, muss aber vorher bekannt sein.
4. Wie ist das Bassmanagement geschnitten? Erst mit der Trennfrequenz steht fest, welcher Einbruch überhaupt in den Arbeitsbereich fällt — und damit, wie viel der Abstand im konkreten Fall wiegt.
5. Womit wird der Rest aufgefangen? Bedämpfung der Fläche hinter dem Lautsprecher, mehrere Bassquellen, Raumkorrektur: Diese Mittel entscheiden darüber, wie viel ein Kompromiss beim Abstand kostet. Die Reihenfolge dafür steht bei der aktiven Basskontrolle.

Der Punkt, an dem die Entscheidung am teuersten wird, ist der letzte mögliche: Ein bündiger Einbau will im Rohbau oder spätestens beim Innenausbau geplant sein. Wann das im Projekt ansteht, ordnen die AVITECT-Projektphasen ein.

Grenzen und Sonderfälle

Diese Seite spricht durchgehend von einer Fläche, tatsächlich sind es mindestens drei. Rückwand, Seitenwand und Boden liegen unterschiedlich weit vom Lautsprecher entfernt und liefern jeweils ihren eigenen Einbruch. Ein Lautsprecher in der Raumecke bekommt deshalb nicht eine tiefe Kerbe, sondern mehrere flachere an verschiedenen Stellen — was in der Messung harmloser aussieht und in der Summe trotzdem Energie kostet. Die Bodenreflexion lässt sich dabei am wenigsten wegplanen.

Genau daraus folgt Allisons unbequemster Befund: Die ungünstigste Aufstellung ist die, die von allen Flächen gleich weit entfernt ist. Dann fallen die Einbrüche der einzelnen Flächen zusammen, statt sich über die Frequenz zu verteilen, und aus mehreren flachen Kerben wird eine tiefe. Symmetrie ist im Bass also kein Sicherheitsabstand — verschiedene Abstände zu Rückwand, Seitenwand und Boden sind die günstigere Ausgangslage. Ein Widerspruch zur RP22-Regel ist das nicht: Jene spricht über die Interferenz im Grundton und den Abstand zu der einen Fläche hinter dem Lautsprecher, Allison über den Leistungsgang im Bass und das Zusammenspiel aller drei.

Alle Angaben gelten für konventionelle, im Tiefton rundstrahlende Lautsprecher. Dipole und kardioid abstrahlende Konstruktionen verhalten sich an Grenzflächen anders, weil sie nach hinten weniger oder gegenphasig abstrahlen; für sie sind weder die Tabelle noch die RP22-Regel ohne Weiteres gültig. Beim Dipol ist das Interferenzmuster gegenüber dieser Tabelle sogar vertauscht — was das für die Aufstellung bedeutet, führt der Eintrag zum Grenzflächenverhalten von Dipol- und Kardioid-Lautsprechern aus.

Nicht behandelt sind schließlich die Surround- und Height-Kanäle. Für sie stellt sich die Frage anders, weil sie meist wandnah oder in der Wand sitzen und ihr Arbeitsbereich über dem liegt, in dem SBIR dominiert.

Verknüpfte Inhalte

Die beiden Mechanismen erklären die Einträge zu SBIR und zum Baffle Step; den Anteil des Strahlungswiderstands am Pegelgewinn behandelt der zugehörige Eintrag. Was zu tun bleibt, wenn der Abstand gar nicht mehr verhandelbar ist — beim Einbaulautsprecher —, steht bei der Grenzflächenkorrektur. Die Bauweisen dahinter stehen bei der Baffle Wall und der Akustik-Vorwand; wovon beide sich unterscheiden, zeigt der Eintrag zur Media Wall. Ob die Fläche die nötige Masse mitbringt, entscheidet die Bauart; was gleichzeitig in derselben Wand steckt, die Seite zur flächenbündigen TV-Integration.

Was nicht am Lautsprecher, sondern am Raum liegt, steht bei den Raummoden und beim Raumvolumen; welche Maßnahmen den Bass über die Aufstellung hinaus in Ordnung bringen, bei der aktiven Basskontrolle.

Quellen

Die Regel „bündig oder mehr als ein Meter davor" und der Hinweis auf die nötige Entzerrung bei bündigem Einbau stammen aus CEDIA/CTA-RP22 v1.2, § 5.9.3, zitiert nach den Glossareinträgen des eigenen Bestands, in denen die Empfehlung am Objekt geprüft wurde. Die beiden Tabellen sind aus den dort belegten Faustformeln übernommen. Aufstellungsempfehlungen aus Sekundärquellen sind in den Abstandsangaben widersprüchlich und deshalb nicht als Grundlage verwendet.

Der Leistungsgang über dem Verhältnis aus Abstand und Wellenlänge — 3 dB je Fläche nur bei sehr kleinem Abstand, null bei einem Viertel der Wellenlänge, darunter bis zu 11,5 dB unter dem Freifeldwert bei drei Flächen, die Streuung von 5 bis 12 dB in Wohnräumen und die gleich weite Aufstellung als ungünstigster Fall — stammt aus Roy Allisons Arbeit für die Audio Engineering Society von 1974, die dafür im Volltext eingesehen wurde.