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Ein Interview mit dem Akustiker und Lautsprecherentwickler Hans Deutsch
von Franz Schöler Herbst 1977
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Lautsprechermessungen sind die schwierigsten in der HiFi-Technik überhaupt. Den in Blatt 7 der DIN 45 500 festgelegten Meßvorschriften und Anforderungen genügen sehr viele Lautsprecher, ohne daß sie auch nur entfernt ähnlich klingen müssten. Der alte Kalauer „Wer mißt, mißt viel Mist" gilt bei Lautsprechern sogar noch dort, wo der Techniker nicht manipuliert, um eine besonders glatte und optisch eindrucksvolle Frequenzgangkurve zu erzielen, die sich für die Werbung gut verwenden läßt.

Die Bedingungen sind für Messungen im schallfreien Feld und in einem tatsächlichen Hörraum völlig unterschiedlich. Es gibt keinen „Norm-Raum", in dem man Messungen durchführen könnte, die für eine Vielzahl „durchschnittlicher" Hörräume verbindliche Aussagen über den Klangcharakter eines Lautsprechers erlauben würden. Und daß Lautsprecher je nach dem Raum, in dem sie aufgestellt sind, völlig unterschiedlich klingen können, ist bekannt.

Ganz unabhängig von Messungen über Klirrfaktor, Frequenzgang, Abstrahlwinkel, benötigte Betriebsleistung und andere technische Eigenschaften eines Lautsprechers gibt es für den Benutzer einer HiFi-Anlage praktische Gesichtspunkte, die die Wahl eines bestimmten Lautsprechers bestimmen.

Seine finanziellen Möglichkeiten sind in der Regel nicht unbegrenzt. Und die der Aufstellung im Hörraum meist auch nicht. Der subjektive Geschmack spielt eine entscheidende Rolle. Und die wenigsten HiFi-„Narren" unter den Musikliebhabern können mit Hilfe eines Innenarchitekten und Akustik-Fachmanns ihren Hörraum so gestalten, daß er unter akustischen Gesichtspunkten wirklich optimal für die Reproduktion von Musik wäre.

Die Vorführung im HiFi-Studio ermöglicht keine hundertprozentige Aussage darüber, wie ein Lautsprecher in den eigenen vier Wänden klingt. Dieser Raum ist akustisch definiert durch seine Geometrie und die verschiedensten Formen von Bedämpfung. Wie der Raum das vom Zuhörer erlebte Klangereignis beeinflußt, darüber unterhielt sich „KlangBild"- Mitarbeiter Franz Schöler mit dem Akustiker und Lautsprecher-Entwickler Hans Deutsch.

Herr Deutsch, welche Formen von Räumen unterscheidet der Akustiker?

Zwischen dem schalltoten Raum und dem freien Feld, in dem keinerlei Reflexionen auftreten, gibt es eine Vielzahl von Räumen. Der normale Hörraum ist nur einer von ihnen; wobei gleich gesagt werden soll, daß es praktisch unmöglich ist, zu definieren, was hier unter „normal" verstanden werden soll. Ein Norm-Raum, der für den HiFi-Lautsprecher konzipiert werden könnte, existiert nicht, und Messungen an Lautsprechern im freien Feld sind nur von relativem Nutzen, weil hier natürlich andere Bedingungen herrschen als in einem Wohnraum.

Tonstudios sind weitgehend schalltote Räume mit exakt berechneter Nachhallzeit und ganz spezifischen akustischen Eigenschaften. Wenn man alle Eigenschaften eines Raums kennen würde, könnte man genau auf ihn abgestimmte Lautsprecher für die Musikreproduktion bauen. So ist der Lautsprecher-Entwickler auf die Vorstellung von einem „durchschnittlichen" Wohnraum angewiesen.

Bei der Produktion von Musik in optimal gedämpften Räumen kann man mit Hilfe der Elektronik beliebige Veränderungen des Klangs insgesamt vornehmen. Bei der Reproduktion daheim in den eigenen vier Wänden ist das nur sehr bedingt möglich.

 Ja, normalerweise mischt ein Tonmeister alle Gruppen eines Klangkörpers nach bestimmten eingefahrenen bzw. vom Künstler gewollten ästhetischen Vorstellungen ab.

Das Endergebnis entspricht dem subjektiv gewohnten Eindruck und der Vorstellung, die man hat, wenn man zu Hause eine Symphonie, ein Streichquintett oder eine Rockplatte hört.

Das synthetische Klangereignis - Rock- und Popmusik - unterscheidet sich natürlich vom Erlebnis einer Klassikaufnahme. Der Lautsprecher muß prinzipiell beides gleich gut reproduzieren können, und zwar in jeder Hinsicht.

Er muß die Aufnahme in ihrer ganzen Dynamik, im Frequenzumfang und in der räumlichen Dimension aufschlüsseln. Weil zumal bei der Reproduktion von klassischer Musik das visuelle Moment fehlt, muß der Toningenieur die Aufnahme von vornherein „plastischer" aussteuern.

Andererseits ist das Erlebnis dann meist besser als im Konzertsaal, oder besser gesagt: Man sitzt daheim wirklich am besten Platz (s)eines imaginären Konzertsaals.

 Reproduzierte Musik ist doch immer etwas Künstliches, etwas Gemachtes.

Ja, hier wird ein „Live-Erlebnis" simuliert, weil man berücksichtigen muß, daß der Gesichtssinn viel stärker beim Menschen ausgeprägt ist als der Gehörsinn. Bei der Kombination von Augen und Gehör, die zusammen angenommen 100% Wahrnehmung ausmachen, beträgt der Anteil des Gesichtssinns etwa 70% und der der Ohren nur 30%. Darum muß man das, was fehlt, durch die Möglichkeiten der Aufnahmetechnik so weit wie möglich kompensieren.

Was bewirken Reflexionen und Nachhall in einem Hörraum ? Die Messungen im schalltoten Raum geben zwar Auskunft über Frequenzgang und Klirrgrad einer Box, aber diese Aussagen sind nicht die „volle Wahrheit": wie die Box wirklich klingt, kann man so nicht feststellen.

Zunächst sei noch mal darauf hingewiesen, daß zwischen einem Aufführungs- und einem Wiedergaberaum wesentliche Unterschiede bestehen. Darüber gleich noch mehr.

Die Reflexion setzt sich grundsätzlich aus drei Faktoren zusammen, einmal aus der Laufzeit, die durch die Länge des Raums bestimmt wird, aus der Reflexionsmenge und der Reflexionsstärke. Große Aufführungsräume haben eine lange Laufzeit und eine große Reflexionsmenge und nur geringe Reflexionsstärke durch die hohe Dämpfung der Luftmenge. Beim normalen Hörraum, in dem man die HiFi-Anlage aufstellt, ist es genau umgekehrt. Wegen der viel kleineren Abmessungen hat er eine kurze Laufzeit, die Reflexionsmenge ist gering wegen der viel kleineren Fläche der Wände, hat aber eine große Stärke der Reflexionen wegen der geringen Dämpfung durch die Luft.

Diesem Umstand hat auch wieder der Lautsprecher-Entwickler Rechnung zu tragen. Denn man kann vom Benutzer eines Lautsprechers nicht erwarten, daß er seinen Raum sehr stark bedämpft. Wer will schon in einem schalltoten Raum leben oder seinen Hörraum so gestalten, daß er in der Nachhallcharakteristik einem Konzertsaal entspricht? (Laufzeit, Menge und Stärke der Reflexionen hängen natürlich unmittelbar voneinander ab.)

Wenn der Raum sehr niedrig ist, sagen wir einmal zirka 2,20 Meter, ist es sehr von Nutzen, einen dämpfenden Deckenbelag anzubringen, weil die dämpfende Luftmenge in einem solchen Raum sehr klein ist.

In einem Raum von 3 Meter Höhe und mehr benötigt man wegen des größeren dämpfenden Luftpolsters keine zusätzlichen bedämpfenden Materialien.
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Was passiert alles in einem normalen Abhörraum?

Bei den Reflexionen unterscheidet man grundsätzlich zwei Effekte, nämlich die Schallführung für die unteren Frequenzen (ist der Raum „schallhart" und die Schallführung gut, kommen die tiefen Frequenzen stark) sowie Dämpfung und Nachhall bei den mittleren und hohen Frequenzen. Zu schallhart dürfen Räume nicht sein, weil sich sonst Resonanzen deutlich ausprägen.

Schalltote Räume bzw. das freie Feld kann man allenfalls zu Klirrfaktor-Messungen hernehmen. Was dann im Wohnzimmer passiert, ist wieder eine ganz andere Sache. Denken Sie nur an „klirrige" Neubauwohnungen. Solche Effekte haben nichts mit dem Lautsprecher selbst zu tun. Nehmen wir einmal eine Neubauwohnung, die gerade fertig geworden ist. Jeder, der mit Bau zu tun hat, weiß, daß ein Haus mindestens drei bis vier Jahre braucht, um auszutrocknen. Das noch relativ feuchte Mauerwerk dämpft recht gut. In einer solchen Wohnung klingt die Musik womöglich ganz gut, und man hört auch nicht sehr viel durch vom Nachbarn. Nach einigen Jahren wird der Klang „klirriger", und man hört viel mehr durch - vom Nachbarn. Dies Klirren nennt man „Flatterecho". Es entsteht in den oberen Frequenzen, wird zur Ecke hin verstärkt, weil die Amplitude da größer wird.

Die Durchlässigkeit einer Mauer bei ausgetrockneten Neubauten wird ebenfalls größer. Bei den massiven Wänden von Altbauten entsteht kein Flatterecho, und sie lassen auch den Schall nicht so stark durch. - Unabhängig von der Größe des Raums kann eine x-beliebig tiefe Frequenz übertragen werden. Wesentlich ist nur die Anpassung an den Raum, mit der sie übertragen wird, d. h., das hundertprozentige Optimum wäre eine Membran in der Größe der Plazierungswand.

Das ist natürlich technisch unmöglich durchzuführen, und es muß auch nicht sein. Denn in der Praxis genügt eine Anpassung in der Größe des Schallerregers. Als Beispiel für eine Membran, die so groß ist wie die Plazierungswand, sei der Kopfhörer genannt. Sein Vorteil besteht darin, daß zwischen Membran und Ohr nur ein sehr kleiner Raum ist, in dem mühelos auch 20 Hz übertragen werden können.

Eine andere Sache sind die Raumresonanzen. Sie resultieren aus den geometrischen Abmessungen. Die Form eines Raums im Verhältnis von 1:1/2:2 (Höhe : Breite : Länge) zu wählen, ist deswegen optimal, weil dann die ersten Raumresonanzen möglichst weit auseinander verteilt sind. Würde dagegen das Verhältnis 1:1:1 betragen, würden alle Resonanzen in diesem würfelförmigen Raum zusammenfallen auf einem einzigen Punkt.

Wie kann man als Laie seinen eigenen Hörraum in etwa einschätzen? Nehmen wir als Beispiel diesen Raum, in dem wir gerade sitzen und uns unterhalten.

Dieser Raum hier besitzt relativ glatte Wände, einen gut dämpfenden Bodenbelag, eine große Luftmenge, aber keine große Polstergruppe. Die Schallführung für die unteren Frequenzen ist sehr gut, und die hohen Frequenzen sind optimal bedämpft, so daß Sie hier kein klirriges Klangbild haben. Die große Luftmenge, die die obersten Frequenzen aufgrund ihrer kleinen Amplitude als erstes bedämpft, wirkt sich genauso wie dieses Bücherregal positiv für die hohen Frequenzen aus.

Die Nachhallzeit ist so kurz und in ihrer Stärke so gering, daß auch von daher die Akustik dieses Raumes als sehr gut zu bezeichnen ist. In kleinen Räumen ist die Nachhallzeit zwar auch kurz, aber die Stärke so groß, teilweise so immens hoch, daß man ein unnatürlich verhalltes Klangbild hört. Da muß man dann schwere Vorhänge, Platten oder andere bedämpfende Materialien anbringen.

Recht gute akustische Verhältnisse dürften in diesem Raum herrschen: er ist relativ hoch, hat einen dämpfenden Bodenbelag, aber keine zu wuchtigen Polstermöbel, und es bestehen die Möglichkeiten, mit der Schallführung ein wenig zu experimentieren. Allerdings dürften die Boxen zu niedrig stehen.

Ein L-förmiger Raum bringt immer akustische Probleme mit sich, denn in dem „Appendix" (hier die Eßecke) ereignen sich merkwürdige Verwerfungen und Stauungen der Schallwellen. Man sollte also, wenn man mit Genuß hören will, einen Vorhang vor den Eßplatz ziehen.

Bei der Position der Sitzmöbel, wie sie hier gezeichnet ist, wird keinem der Zuhörer ein ausgewogenes Stereobild geboten, denn immer sitzt man zu nah an der linken oder rechten Box.

Wodurch treten stehende Wellen im Raum auf?

Dadurch, daß zwischen den vorderen und rückseitigen Wänden der Schall mehrfach hin- und hergeworfen und reflektiert wird. Diese stehenden Wellen sind an sich noch unkritisch, bilden aber zusammen mit dem direkt abgestrahlten Signal Interferenzen.

Daraus entstehen Summen- und Differenztöne sowie eventuell Phasenverschiebungen und Einbrüche im Frequenzgang. Man unterscheidet zwischen Amplituden- und Phasenfrequenzgang. Ich muß sagen: Der letztere ist etwas Abstraktes, reell nicht meßbar, höchstens elektronisch darstellbar. Er ist untrennbar mit dem Amplitudenfrequenzgang vereint.

Die hohen Frequenzen kommen sehr gerichtet, die Bässe als Kugelwellen, außerdem gibt es im Hörraum vielerlei Reflexionen. Wie breitet sich, allgemein gefragt, Schall aus?

Da muß man wieder zwischen einem natürlichen Klangereignis und der Reproduktion über Lautsprecher unterscheiden. In dem ersten Fall hat man es immer mit Kugelwellen zu tun, nicht so beim Lautsprecher. Er erzeugt prinzipiell einen gerichteten Schall. In den Höhen ist die Richtwirkung sehr stark, in den Mitten ist die Charakteristik der Ausbreitung - einen normalen Hörraum vorausgesetzt - in etwa nierenförmig, in den tiefen Frequenzen haben wir es wieder mehr mit einer Kugelwelle zu tun.

Die Abstrahlcharakteristik hängt auch von Prinzip und Konstruktion der Membran zusammen. Manche haben einen sehr breiten Abstrahlwinkel, wodurch die räumliche Dimension des Klangerlebnisses stärker wird, während andere - beispielsweise elektrostatische Lautsprecher - fast durchweg diesen „Taschenlampeneffekt" haben, so daß man nur an einer Stelle im Raum den optimalen Hörpunkt hat.

Die Reflexionen im Raum sind in der Regel so reichlich, daß es unsinnig ist, zusätzliche Reflexionen durch nach oben oder hinten abstrahlende Membranen zu erzeugen.

Ich möchte übrigens noch einmal meine These unterstreichen, daß ein Hochtöner ein relativ schmales Abstrahlfeld besitzen soll.

Bekanntlich entstehen bei den obersten Frequenzen die stärksten Auslöschungen und Differenztöne. Wenn ein Hochtöner ein sehr breites Abstrahlfeld hat, kommen sehr starke Reflexionen von der Wand zurück. Das führt zu Auslöschungen. Den stereophonen Eindruck erzeugen hinreichend auch Hochtöner mit schmalem Abstrahlfeld.

Wie sieht denn eine gute Bedämpfung für einen Wohnraum aus?

Die zwei wesentlichen Faktoren betreffen die Bedämpfung der Höhen und die Schallführung im Baßbereich. Bei niedrigen Decken sollte man wie gesagt durch Dämmplatten eine zu große Reflexionsstärke vermindern. Eine zu starke Schallführung im Baßbereich kann man dadurch optimieren, daß man einen entsprechend dickeren Bodenbelag (Teppiche usw.) nimmt oder die Lautsprecher aus den Ecken des Raums mehr in die Mitte rückt. Die erste Resonanzfrequenz eines Raums ergibt sich bekanntlich als Produkt aus der halben Schallgeschwindigkeit (171,9) und der größten Kantenlänge eines Raums, also aus der Formel 171,9/a wobei "a" dann die längste Ausdehnung des Raums ist. Bei einem Zimmer von 6 Metern Länge läge demnach die erste Resonanzfrequenz zwischen 28 und 29 Hz.

Kann man auch noch unter dieser Frequenz in dem Raum tiefere Töne hören ? Bei Lautsprechern ist es doch so, daß die Eigenresonanzfrequenz bestimmt, wie tiefe Töne er abzustrahlen vermag.

Selbstverständlich kann man auch noch tiefe Töne unterhalb der ersten Resonanzfrequenz des Raumes hören. Bei Lautsprechern wird unterhalb der Resonanzfrequenz nichts mehr abgestrahlt, weil die Schalldruckkurve unterhalb dieser Frequenz stark absinkt. Nicht so bei Räumen. Maßgeblich für die Stärke von Tönen unterhalb der Resonanzfrequenz ist die Anpassung an den Raum. Dieerste Raumresonanz bedeutet eine Anhebung des betreffenden tiefen Tons, eine Spitze.

„Mini"-Boxen klingen in kleinen Räumen oder beispielsweise im Auto ganz hervorragend, aber in größeren Räumen vermißt man einfach das voluminöse Klangbild, nachdem die kleinen Baßmembranen die Luft nicht genauso gut bewegen können wie ein 40-Zentimeter-Chassis.

Richtig, die Größe des Raums bestimmt die notwendige Anpassung des Lautsprechers. Der Innenraum eines Autos ist sehr schallweich und klein, so daß auch der Tieftöner kleiner sein darf.

Wohnräume sind nun mal erheblich größer. Hier genügt es nicht, ein Luftvolumen zu verschieben, das muß auch mit genügender Stärke geschehen, und das ist abhängig von der Fläche, die Luft in Bewegung versetzt. Bei immer tieferen Frequenzen wird es für immer kleinere Membranen halt schwierig, genügend große und den übrigen Frequenzbereichen proportionale Amplituden zu erzeugen.

Andererseits eignen sich elektrostatische Membranen mit ihrer starken Richtwirkung und den geringen Auslenkungen für Kopfhörer so gut, weil sie wegen der Kleinheit des Raums den nötigen Schalldruck im gesamten hörbaren Frequenzbereich so verzerrungsfrei erzeugen können.

Wenn ein Lautsprecher Pegelregler für die Mitten und Höhen besitzt, kann man ihn mit Hilfe eines Echtzeitanalysators mit hinreichender Genauigkeit auf etwa ±2dB auf den Raum einpegeln. Die Gesamtkurve des Amplitudenfrequenzgangs ist dann einigermaßen zufriedenstellend. Was ich aber festgestellt habe, ist, daß bei Überprüfung mit Rosa Rauschen Lautsprecher derselben Serie und desselben Typs durchaus unterschiedlich klangen. D. h., daß man im Geschäft ein Paar Lautsprecher erwirbt, die selbst bei einem so groben Prüfmittel wie Rosa Rauschen unterschiedliche Charakteristik bezüglich Amplitude und Klangfarbe aufweisen.
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Das kann zweierlei bedeuten. Erstens müßten dann die Fertigungstoleranzen beträchtlich sein, was bei hochwertigen Lautsprechern nicht sein dürfte. Oder aber die Unterschiede ergeben sich aus der Plazierung: Schallhindernisse oder
Dämpfungsmaterialien im Raum wirken sich je nach Aufstellung der Lautsprecher unterschiedlich aus, denn die Nachhalldämpfung und Schallführung sind dann anders. Kleinere Einbrüche im Frequenzgang kann man mit den Pegelreglern im Lautsprecher nicht korrigieren, da muß man bezüglich der Plazierung experimentieren.

Kann man Fehler des Lautsprechers kompensieren, indem man von vornherein das elektronische Signal mit Hilfe eines Equalizers verändert?

Nein, das klappt nicht wirklich hundertprozentig. Man kann für einen ganz bestimmten Punkt im Raum pro Stereokanal einen glatten Frequenzgang erreichen, für einen Punkt, der nur wenige Zentimeter daneben liegt, kann der Frequenzgang erheblich verschlechtert worden sein, weil die Phase ja durch den Equalizer verschoben wird.

Durch Phasenverschiebungen entstehen Einbrüche und Spitzen, vor allem in der Dynamik. Equalizer sind überhaupt kein Allheilmittel. Er wurde eigentlich nur erfunden, damit man in großen Räumen und Konzertsälen je nach ihrer akustischen Eigenart schnell und jedenfalls ungefähr eine akustische Anpassung des PA-Systems an den Raum erzielt werden kann. Und natürlich zur elektronischen Aussteuerung von Aufnahmen im Studio. Aber um Lautsprecher auf einen Raum zu „tunen" und sie optimal anzupassen, ist der Equalizer nicht geeignet. Im schlimmsten Fall wird nur der Klirrfaktor viel größer.

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