Was nicht passt, wird passend gemacht

Raumakustik: Entzerrung von Regielautsprechern – Teil 1

Die Entzerrung von Abhöranlagen in Regie und Hörräumen mit Hilfe von Equalizern wird von vielen kategorisch abgelehnt. Die Argumente dagegen reichen von technisch begründeten Einwänden wie der unerwünschten Beeinflussung der Phase und der Veränderung der spektralen Intensitätsverteilung des Diffusfeldes bis hin zu unhaltbaren Einwänden wie „der Hersteller des Lautsprechers habe sich das so gedacht und da dürfe man nicht herumdrehen …”

Tatsächlich können bei der Entzerrung Effekte auftreten, die zu einer unerwünschten Verfälschung der Wiedergabe und zu einer Verschlechterung der klanglichen Eigenschaften der Anlage führen. Diese Effekte sind dann aber meistens auf eine zu unsorgsame Vorgehensweise oder auf eine rein messtechnische Entzerrung ohne ausreichende Auseinandersetzung mit der bestehenden Akustik und dem resultierenden Höreindruck zurückzuführen.

Unvoreingenommen betrachtet ist die elektroakustische Entzerrung in einer großen Zahl von praktisch relevanten Fällen ein adäquates Mittel, um mit relativ geringem Aufwand eine erhebliche Verbesserung einer nicht so idealen Abhörsituation zu erreichen, oder um an einer bereits nahezu idealen Abhörsituation noch letzte Optimierungen vorzunehmen, die durch raumakustische Maßnahmen nur mit unvergleichlich höherem Aufwand zu realisieren wären. Zunächst sollte bei der Optimierung einer Abhöranlage natürlich immer die Optimierung der Wiedergabesituation durch die gezielte Gestaltung der Raumgeometrie und durch die Gestaltung der Akustik mit Hilfe von absorptiven und diffusen Bauteilen vorgenommen werden. Und: Die ideale Position der Lautsprecher sollte durch Messung und Hörtests ermittelt werden. Oft ist es aber einfach mit vertretbarem Aufwand nicht möglich, eine ausreichende spektrale Balance zu erhalten bzw. es kommt zu Einbrüchen und Überhöhungen in den Übertragungsfunktionen, was ja nichts anderes bedeutet, als dass unterschiedliche Frequenzen unterschiedlich laut übertragen werden.

Nun muss natürlich erst einmal geklärt werden, wie die Übertragungsfunktion (genauer gesagt ihr Betrag) im Idealfall eigentlich aussehen sollte. Prinzipiell ist die Antwort einfach: frequenzunabhängig, also „flat”. Das bedeutet, dass alle Frequenzen mit gleicher Verstärkung von der Einspielung bis zum Abhörpunkt übertragen werden.

Abb. 1: Das Toleranzfeld für die Betriebsschallpegelkurve von Regie- und Abhörräumen gemäß EBU Tech. 3276 und SSF-01.1
Abb. 2: Der Einfluss eines Kammfilters auf die Übertragungsfunktion für den Fall ebener Wellenausbreitung bei einem Absorptionsgrad der reflektierenden Fläche von 0,1 (die Frequenz ist normiert auf die erste Auslöschung und hat daher keine Einheit)

Abbildung 1 zeigt den Toleranzbereich für die sogenannte Betriebsschallpegelkurve nach EBU Tech. 3276. Man ermittelt die Betriebsschallpegelkurve einer Abhöranordnung, indem man am Eingang des Systems ein Rosa Rauschen anlegt und bei Wiedergabe über jeweils einen einzelnen Lautsprecher mit einem Terzanalyser das Schalldruckpegelspektrum am Abhörpunkt bzw. in der Umgebung des Abhörpunktes misst. Alternativ kann man – vor allem, wenn man detailliertere, schmalbandigere Ergebnisse erhalten möchte – die Messung der Übertragungsfunktion z. B. mit Hilfe einer Sweep- oder MLS-Messung durchführen. Allerdings sind die so ermittelten schmalbandigen Werte nicht ohne weiteres mit dem Toleranzfeld für die Betriebsschallpegelkurve zu vergleichen, da bei der Messung mit dem Terzanalyser natürlich eine Mittelung über die Filterbandbreite und damit eine Glättung der gemessenen Kurve durchgeführt wird. Hierfür sind geeignete Filter notwendig. Aber egal, ob direkt als Betriebschallpegelkurve oder mit Hilfe einer geeigneten Filterung der Übertragungsfunktion gemessen: Die ermittelte Kurve zeigt immer mehr oder weniger ausgeprägte Abweichungen gegenüber der Idealkurve.

Verformungen der Übertragungsfunktion haben unterschiedliche Ursachen

Relativ schmalbandige Einbrüche werden häufig durch Kammfilter hervorgerufen. Ein Kammfilter entsteht durch die Überlagerung von zwei Schallwellen, z. B. dem Direktsignal und der Reflexion von einer Wand oder von einem Einrichtungsgegenstand. Haben die beiden Wellen seit der Abstrahlung durch die Schallquelle unterschiedliche Strecken zurückgelegt, kommt es zu einer Phasenverschiebung zwischen den beiden Wellen. Daher entstehen durch die Interferenz der beiden Wellen im Spektrum Einbrüche und Überhöhungen, deren Lage von der Streckenbzw. Laufzeitdifferenz abhängt. Die erste Auslöschung entsteht, wenn die Differenz d der Strecken, die die beiden Wellen zurückgelegt haben, einer halben Wellenlänge entspricht und die beiden Schallwellen damit gegenphasig eintreffen, also bei, wobei c0 die Schallgeschwindigkeit darstellt. Bei der doppelten Frequenz sind die beiden Schallwellen gleichphasig und es kommt zu einer Überhöhung im Spektrum, bei der dreifachen Frequenz kommt es wieder zu einer Auslöschung usw. Abbildung 2 zeigt das charakteristische Bild eines Kammfilters, wie es durch eine einzelne Reflexion entsteht. Da die Phasenverschiebung der beiden Schallwellen zueinander von der Streckendifferenz der beiden Wellen abhängt, ist die Position des Kammfilters im Spektrum abhängig von der Position im Raum. Im tieffrequenten Bereich wird die Übertragungsfunktion durch die Eigenfrequenzverteilung des Raumes bestimmt, die durch die Geometrie und die Bedämpfung des Raumes durch Absorption gegeben ist. Wie stark der Einfluss einer einzelnen Raummode auf die Übertragungsfunktion ist, hängt von der Position der Schallquelle und des Empfängers ab.

Ein gewisser Anteil der Verformung der Betriebsschallpegelkurve und der Übertragungsfunktion wird auch durch die Frequenzabhängigkeit der Nachhallzeit des Raumes hervorgerufen, da die Diffusfeldenergie, also die Energie im Nachhall, in die Messung der Übertragungsfunktion eingeht. Starke Überhöhungen oder Einbrüche in der Nachhallzeit können einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Übertragungsfunktion haben. Die Nachhallzeit sollte, wie bereits in einer früheren Folge beschrieben, zumindest im mittleren Frequenzbereich linear, also von der Frequenz unabhängig verlaufen. Im hochfrequenten Bereich kommt es durch den in den meisten Räumen vorhandenen natürlichen Abfall der Nachhallzeit in Verbindung mit der zunehmenden Bündelung des Lautsprechers daher auch zu einem natürlichen Abfall der Übertragungsfunktion und der Betriebsschallpegelkurve. Im tieffrequenten Bereich ist aufgrund des häufig vorhandenen Anstiegs der Nachhallzeit der gegenläufige Effekt zu beobachten.

Equalizing

Wenn jetzt der Aufwand für eine raumakustische Lösung des Problems zu groß erscheint und eine Verbesserung durch die Optimierung der Positionierung nicht möglich ist, liegt der Schritt nahe, die Verformungen elektroakustisch, also durch Einbau eines Equalizers im Abhörweg zu korrigieren. Die Wahl des richtigen Equalizers ist hier mindestens ebenso wichtig, wie die Wahl des richtigen Controllers im Bass-Management. Das betrifft sowohl qualitative Fragen als auch prinzipielle Überlegungen zur Funktionsweise des Gerätes: analog oder digital, grafisch oder parametrisch, IIR (infinite impulse response) oder FIR (finite impulse response)?

Die Frage „analog oder digital” ist vor allem eine Frage der Dynamik, der Bedienung und der Anschaffungskosten des Gerätes. Ob ein grafischer oder parametrischer Equalizer die bessere Wahl ist, hängt vor allem von der Erfahrung des Einzelnen ab. Für unerfahrene Techniker ist in der Regel ein grafischer Equalizer eher zu empfehlen, da die Vorgehensweise intuitiver und der Grad des Eingriffs wesentlich klarer direkt am Gerät erkennbar ist.Vor allem ist es aber bei der Verwendung von grafischen Equalizern wesentlich einfacher möglich, ein paar Grundregeln zu formulieren, bei deren Beachtung sich die unerwünschten Effekte, die durch die Entzerrung auftreten können, in Grenzen halten. Parametrische Equalizer dagegen bieten tiefgreifendere und detailliertere Möglichkeiten, um in die Übertragungsfunktion einzugreifen, dem entsprechend größer sind aber auch die Probleme, die bei zu weitgehenden Eingriffen auftreten können.

Im nächsten Teil unserer Reihe kümmern wir uns um die Feinabstimmung und beleuchten das Thema FIR/IIR etwas genauer.

 

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