Feature: Delay Line

23. Dezember 2018

Delay Lines einrichten leicht gemacht

Delay Lines_Beitragsbild

Delay Line heißt unser Thema heute und alles beginnt wie so oft mit einer Geschichte: Es war ein verdammt heißer Sommertag. Ein Bekannter hatte mich gebeten, bei einem Fußballturnier in Essen am Wochenende die von ihm dort aufgebaute Technik zu betreuen. Zwei Plätze galt es für Durchsagen und Musikeinspielungen zu beschallen. Da beide Plätze nebeneinander lagen, hatte mein Bekannter eine große PA in der Mitte zwischen beiden Plätzen positioniert und die Lautsprecher jeweils in Richtung eines Platzes ausgerichtet. Mischpult, Zuspieler und Empfänger für das Funkmikrofon waren in einem Häuschen ganz am Ende beider Fußballplätze aufgebaut. Zu tun gab es im Prinzip nichts, außer die Anlage morgens in Betrieb zu nehmen und den Tag über für den Notfall vor Ort bereit zu stehen. Mit einem Liegestuhl im Schatten und kalten Getränken sollte das schon funktionieren. Der Moderator konnte sich mit seinem Funkmikrofon frei auf den Plätzen bewegen.  Leider hatte man vergessen, für ihn einen Sonnenschutz bereitzustellen. Seine Idee, sich für die Durchsagen der Ergebnisse ins Häuschen mit der Technik zurückzuziehen, erwies sich als fataler Fehler.

Eins zu Eins zu Eins zu Null

„Hat der gesoffen?“ und „Was soll der Mist?“ waren die harmlosesten Reaktionen, die von Mannschaften und Zuschauern kamen, während der Moderator die nächsten Ergebnisse verkündete. „Das Spiel der Mannschaften xyz gegen abc endete mit einem Eins zu Eins zu Eins zu Null!“, tönte es aus den Lautsprechern. Der Moderator, angesichts der Reaktionen verunsichert, versuchte es immer wieder: „Eins zu Eins zu Eins zu Null!“, „Das Spiel Spiel Mannschaften Mannschaften Eins zu Eins zu Eins zu Null!“. Es wurde immer schlimmer. Ok, der Notfall, von dem ich gehofft hatte, dass er nie eintritt, war nun da und beim Betreten des Technikhäuschens und Erblicken des Moderators, der dort mit hochrotem Kopf saß und immer und immer wieder mittlerweile lallend und verzweifelt versuchte, seine Durchsage zu machen, war der Fall sofort klar.

Alles hat seine Zeit

Was war geschehen? Durch die große Entfernung des Technikhäuschens zu den Lautsprechern kam der Schall dort stark verzögert an. Der Moderator, sich dessen nicht bewusst, als er vor der Sonne hierhin geflohen war, ließ sich stark von der Tatsache verunsichern, dass er ins Mikrofon sprach und anders als zuvor anscheinend aus der PA nichts hörte. Deshalb wiederholte er das Ergebnis. Was er nicht wusste, war, dass der Schall die PA sehr wohl funktionierte und der Schall nur einige Zeit brauchte, um das Technikhäuschen überhaupt zu erreichen. Als der Schall dann endlich eintraf und für ihn wie ein Echo wirkte, war er vollends verunsichert und begann irgendwann wie ein Betrunkener zu lallen. Morgens war die Laufzeit des Schalls kein Thema, denn der Moderator saß auf einem Stuhl neben den Lautsprechern zwischen beiden Fußballfeldern und hörte somit das Signal aus den Lautsprechern stets ohne Verzögerung. Beim Einsetzen der Mittagssonne und der damit verbundenen Flucht in das weit entfernte Technikhäuschen war ein sehr deutlicher Versatz einzukalkulieren, was er aber nicht wusste. Die Problemlösung dauerte keine Sekunde. Ich habe dem Moderator einen Kopfhörer aufgesetzt und diesen am Mischpult eingesteckt. Nun hörte er wieder das Signal gleichzeitig und alles war gut, nur sein Ruf ruiniert.

∆t und Radius r

Die Laufzeit des Schalls ∆t spielt in der Tontechnik eine besonders große Rolle. Schall bewegt sich bei 20°C mit einer Schallgeschwindigkeit von 343,4 Metern pro Sekunde. An unserem heißen Sommertag mit knapp 32° im Schatten dürfte die Schallgeschwindigkeit im Mittel bei 350 Metern pro Sekunde gelegen haben. Für die Berechnung der Schallgeschwindigkeit c bei unterschiedlichen Temperaturen kann folgende Formel verwendet werden: c = 331,4+(0,6 * T). T ist dabei die Temperatur in Grad Celsius. 331,4 Meter/Sekunde ist die Schallgeschwindigkeit bei 0° Celsius und 0,6 eine Konstante für die Anpassung der Schallgeschwindigkeit pro Grad Celsius. Doch was hat es nun mit der Laufzeit auf sich? Die Laufzeit ∆t ist die Zeit, die der Schall benötigt, um einen Radius r zurückzulegen. Warum Radius und nicht Distanz? Bei der Schallausbreitung spielt Richtwirkung zunächst einmal keine Rolle und es wird von einer Punktschallquelle mit kugelförmiger Abstrahlung ausgegangen, deshalb Radius r. Dieser entspricht aber, wenn wir die Schallquelle als Punkt A und einen beliebigen Punkt auf dem Radius r betrachten, der Strecke AB und damit der Distanz zwischen A und B. Wenn ich im weiteren Verlauf von Radius und Distanz spreche, sind diese gleichbedeutend.

Anwendung

Treffen zwei gleiche Signale mit unterschiedlicher Laufzeit beim Hörer ein, geschehen je nach Laufzeit ganz unterschiedliche Dinge. Das bekannteste Phänomen ist das Echo. Ruft man gegen eine schallharte Fläche, wird der Schall reflektiert und mit einer Verzögerung zurückgeworfen, die auf der zweifachen Strecke zwischen Schallquelle und Wand basiert. Ein kritisches Phänomen ist der Kammfiltereffekt, der bei sehr kleinen Verzögerungszeiten auftritt und deshalb für das Time Alignment zweier Lautsprecher von großer Bedeutung ist. Ein letzter, sehr wichtiger Effekt für unser Thema ist der sogenannte Haas-Effekt: Dieser beruht auf dem Gesetz der ersten Wellenfront, was besagt, dass bei zwei gleichen Schallsignalen dasjenige richtungsbestimmend ist, dessen Wellenfront zuerst beim Hörer eintrifft. Das gilt selbst dann noch, wenn die Wellenfront des zweiten Signals einen höheren Pegel besitzt als die erste Wellenfront (bis zu 10 Dezibel). Das Gesetz formuliert Haas aufgrund seiner Versuche grob für eine Verzögerung zwischen 10 und 30 Millisekunden zwischen beiden Wellenfronten, denn innerhalb dieses Bereichs werden beide Signale wie eine Schallquelle empfunden. Ab circa 40 Millisekunden ändert sich diese Wahrnehmung und es werden zunehmend zwei Schallquellen lokalisiert. Für die Praxis bedeutet das, dass bei der Aufstellung mehrerer Lautsprecher im Raum diejenigen Lautsprecher, die näher am Hörer stehen, entsprechend verzögert werden müssen, um die Lokalisation weiterhin beim Hauptlautsprecher und damit vorne an der Bühne zu belassen. Die Verzögerungszeit ergibt sich aus der Distanz zwischen beiden Lautsprechern plus Haas-Bereich, um die Lokalisation beim Hauptlautsprecher zu belassen. Und damit wären wir mittendrin in der Praxis.

Delay Lines

Delay Lines gehören zum Konzept der dezentralen Beschallung. Unter dezentraler Beschallung versteht man die Verteilung der Schallsignale auf mehrere im Raum oder im Freien verteilte Lautsprecher. Anders als im Supermarkt, bei dem kein „Hauptsystem“ besteht, gibt es bei der dezentralen Beschallung von Konzerten in der Regel eine Front-PA und verteilte Stützlautsprecher, sogenannte Delay Lines. Der Name deutet es schon an: Diese verteilten Lautsprecher werden mittels Delay so verzögert, dass durch den abgestrahlten Schall von mehreren Lautsprechern kein Echo zu hören ist. Der Vorteil der dezentralen Beschallung mittels Delay Lines liegt auf der Hand: Gleichmäßige Pegel im ganzen Auditorium sind einfacher zu erreichen und das Diffusschallfeld wird verkleinert. Im Diffusschallfeld überwiegen die Reflexionen des Raumes oder anderer schallharter Begrenzungsflächen, während im Direktschallfeld der direkt von der Schallquelle abgestrahlte Schall überwiegt. Die Grenze zwischen Direkt- und Diffusschallfeld wird auch als Hallradius bezeichnet. Zurück zum Kontext: Je weniger Diffusschall beim Hörer eintrifft, desto verfärbungsfreier der Klang und desto höher die Sprachverständlichkeit. Eine Delay Line unterstützt uns also bei dem Vorhaben, das Direktschallfeld möglichst groß zu gestalten und bietet sich für große zu beschallende Flächen oder in hallreichen Räumen an.

Delay Lines_Laufzeit

Darstellung der unterschiedlichen Laufzeit zwischen Front-PA und Stützlautsprecher. Der Schall des Stützlautsprechers kommt zuerst beim Hörer an und bestimmt deshalb die Wahrnehmung.

Delay Lines einrichten

Damit eine Delay Line sinnvoll eingerichtet werden kann, ist es zunächst einmal sinnvoll abzuschätzen, wo das Diffusschallfeld beginnt, also den ungefähren Hallradius zu kennen. Damit daraus keine Wissenschaft mit Messungen oder komplexen Berechnungen wird, vertrauen wir einfach unseren Ohren und schreiten den Raum beziehungsweise die Fläche ab, während das Hauptsystem ein geeignetes Schallsignal wiedergibt. Das kann Sprache sein, ein kurzer Knackimpuls oder auch Musik mit vielen impulshaften Signalen. Nicht so gut geeignet sind flächige oder durch Effekte sehr breit klingende Schallsignale. Nun bewegt man sich auf einer Achse zwischen Front und Rückseite im Raum und achtet darauf, wann sich zum Beispiel die Sprachverständlichkeit verschlechtert, Reflexionen das Signal verwässern oder die Musik beginnt, sehr schwammig und diffus zu klingen. Es wird einen Punkt geben, an dem die gehörte Signalqualität von direkt zu diffus „kippt“. Dies ist der Hallradius und der Übergang vom Direktschallfeld zum Diffusschallfeld. Dieser ist nicht immer scharf begrenzt, aber häufig gut auszumachen. Stellt man nun die Stützlautsprecher am Rand des Direktschallfeldes auf, kann man dieses effektiv vergrößern. Keinen Sinn ergibt es hingegen, die Stützlautsprecher mitten ins Diffusschallfeld zu stellen, weil es dann sozusagen „blinde“ Flecken im Bereich zwischen Haupt- und Stützlautsprecher gibt, in denen bereits der Diffusschall dominiert, der Stützlautsprecher aber noch nicht greift.

Randbemerkung: Durch die heutzutage überall anzutreffenden Line Arrays hat die Entfernung zwischen Hauptsystem und Stützlautsprecher zugenommen, da Line Arrays den Schall weiter und gerichteter in den Raum oder die zu beschallende Fläche hinein transportieren und einen geringeren Pegelabfall pro Entfernungsverdopplung besitzen. Bei Großbeschallungen sieht man zudem oft ein weiteres Line Array als Delay Line. So kann die Anzahl der notwendigen Stützlautsprecher verringert werden.

Forum
  1. Profilbild
    Armin Bauer  RED

    Hi Markus,

    du hast es ja schon selbst geschrieben: Die ganze Messerei mit Temperatur, Luftfeuchtigkeit usw. passt nur für einen idealen Punkt zwischen den Speakern.
    Kann man sich also i.d.R. schenken. Einfach so ungefähr 10ms pro 3 mittelgroßen Schritten zwischen der Linie Hauptbeschallung und Delaylines einstellen, das haut dann schon hin. Klar, mit Messgeräten zu hantieren sieht wichtiger aus. Ich verkneife mir inzwischen sogar das Lasermessgerät.
    Ein wichtiger Punkt sollte noch erwähnt werden: Nicht wild irgendwelche Systeme mixen, die unterschiedlich klingen, das macht keinen runden Sound. Also am besten bei einer Serie und einem Hersteller bleiben. Wenn ich meine KS CPD12 als Hauptspeaker habe, kann ich meine CPD08 einfach dahinter hängen, ist einfach dieselbe Soundphilosophie.

    Grüße Armin

Kommentar erstellen

Die AMAZONA.de-Kommentarfunktion ist Ihr Forum um sich persönlich zu den Inhalten der Artikel auszutauschen. Sich daraus ergebende Diskussionen sollten höflich und sachlich geführt werden. Haben Sie eigene Erfahrungen mit einem Produkt gemacht, stellen Sie diese bitte über die Funktion Leser-Story erstellen ein. Für persönliche Nachrichten verwenden Sie bitte die Nachrichtenfunktion im Profil.