Tonstudio und Bühnensound 1: Verbesserung von Schallereignissen

Dieses Mal hat der Paketbote Urlaub und es gibt keinen Gerätetest. Deshalb biete ich euch wissenswerte Grundlagen, den besten Sound zu erzielen. Wir durchleuchten die Grundlagen für angenehmes Hören und untersuchen, wie man Probleme und Fehler in der Wiedergabekette und in Räumen erkennen und vermeiden – oder zumindest abmildern kann. Das empfiehlt sich, sobald Schall in einem wie auch immer gearteten Umfeld erzeugt wird, sei es durch natürliche Signale oder nach einer Verstärkung über Lautsprecher. Damit ist dieser Artikel für Musiker und Live-Techniker geeignet, die ihre Veranstaltung akustisch angenehm gestalten wollen.

Um es möglichst einfach zu halten, habe ich auch auf die ursprünglich geplante Überschrift verzichtet:-): „Kriterien und Grundlagen zur Beurteilung und Verbesserung von Schallereignissen in Räumen und Hörfeldern“. Das alles sollte natürlich nicht zu akademisch werden, deswegen gibt es für viele Situationen Tricks aus der „Praktikerkiste“. Damit könnt ihr oft auch ohne teures Messequipment schon sehr weit kommen.

Zuerst klären wir einige Begrifflichkeiten, die für das weitere Verständnis wichtig sind. Dabei orientiere ich mich an einigen Passagen in einem  Artikel von Andreas Haeger, der auf dem Portal StageAid veröffentlicht ist.

Dieser Beitrag wird aus insgesamt voraussichtlich vier Folgen bestehen. Im ersten Teil, den ihr hier vor euch habt, werden einige Grundlagen geklärt. Das scheint vielleicht etwas langweilig, ist aber hinterher Gold wert, wenn ihr eure Beschallung schon vor dem Konzert in etwa planen könnt bzw. auch bei Problemen das Wissen habt, euren Sound kompetent zu verbessern.

Subjektive Beurteilung der Wiedergabequalität

Was sind die wesentlichen Parameter, mit denen wir ein befriedigendes Klangerlebnis erreichen?

1. Klangfarbenneutralität: Das heißt idealerweise, dass sich der klangliche Eindruck in der Klangfarbe nicht vom Original unterscheidet. Für uns heißt das, dass wir mit unseren Lautsprechern und Mikrofonen in der Lage sind, die klanglichen Eigenschaften einer Quelle so zum Hörer zu transportieren, dass sie nahe am Original sind.
2. Transparenz: Einhergehend mit hoher Klangfarbenneutralität stellt sich meist automatisch ein weiterer wichtiger subjektiver Parameter ein, die Transparenz.
3. Lokalisationsschärfe: Die Abbildungsqualität der Quelle im Raum wird als Lokalisationsschärfe bezeichnet. Klar, am liebsten orte ich eine Schallquelle akustisch dort, wo ich sie auch sehe. Ein typisches Beispiel ist die Aufnahme oder Live-Reproduktion eines Sinfonie-Orchesters oder einer akustischen Besetzung. Wenn jedes Instrument akustisch dort lokalisierbar ist, wo ihr es seht, ist das ein weiterer Baustein für das perfekte Hörerlebnis.

Schlechte Akustik gefällt niemandem

Was kann einen Strich durch die ideale akustische Wiedergabe machen?

Die elektroakustische Seite

Ganz klar, aus einer schlechten Beschallungsanlage wird grundsätzlich (s. Klangfarbenneutralität) kein guter Sound kommen. Neben der Qualität der Lautsprecher ist das Wissen um die Auswahl der passenden Lautsprecher und deren richtige Aufstellung ein weiterer wichtiger Parameter. Speziell zur Auswahl und der Aufstellung gibt es später in diesem Artikel noch einige Tipps.

Bei der Lautsprecherauswahl ist auf jeden Fall zu beachten, dass der Abstrahlwinkel zur gewählten Location passt, also die Hörfläche möglichst mit gleichem Klangbild und gleicher Lautstärke versorgt ( +/-3 dB Pegeldifferenz ist hier das Ziel).

Eine gute Lautsprecher Installation zeichnet sich dadurch aus, dass ein Großteil der akustischen Energie das Publikum erreicht und möglichst geringe Anteile Decke oder Seitenwände beschallt.
Ein weiteres Auswahlkriterium ist der maximale Pegel, den die Anlage erzeugen soll und der gewünschte Frequenzgang.

Als Beispiel vergleichen wir den Bedarf einer Rockband mit dem einer akustischen Folklorecombo im gleichen Raum, z. B. einem typischen 300 Personen Club:

Die Rockband wird auf der Zuhörerfläche Pegel von 110 dB erreichen und eine kräftige Bassdrum mit viel Druck fahren. Dazu würde gut eine Anlage passen, die pro Seite einem kräftigen 12/1 Topteil und 2x 18“ Bässen ausgestattet ist.

Die akustische Band wird nur wenig Leistung im Bass benötigen und auch im übrigen Bereich mit ca. 90 dB bei leisem, aufmerksamen Publikum auskommen. Passend zur nötigen Leistungsabgabe wäre hier eine Sub-Sat Kombination mit 2x 10/1 Topteilen und einem 12“ Bass.

• Gute Lautsprecheranlagen zeichnen sich generell durch geringe Verzerrungen auch im Grenzlastbereich aus, sie produzieren wenig Eigengeräusche und verfügen im Rahmen ihrer physikalischen Möglichkeiten über ein definiertes, gleichmäßiges Abstrahlverhalten.
  Beim Einsatz sollte man darauf achten, dass genug dynamische Reserven (Headroom) vorhanden sind, um auch Pegelspitzen verzerrungsfrei ins Publikum zu bringen.
  Am besten klingen Anlagen, wenn sie nicht lauter als bei ca. 30 % ihres Nennpegels betrieben werden.
• Ebenfalls schlechte Karten hat man mit qualitativ minderwertigen oder falsch aufgestellten / ausgewählten Mikrofonen. Alles, was bereits bei der Abnahme an der Schallquelle verpfuscht ist, lässt sich kaum reparieren, da nutzt auch das beste Mischpult nichts.
• Das Mischpult und sonstiges verstärkendes oder klangformendes Equipment wie Hallgeräte, Verstärker oder Equalizer sollten ebenfalls über gute elektrische Werte im Bereich Verzerrungen, Headroom oder Eigengeräusche verfügen. Das ist heute meist Standard, auch günstige Komponenten erreichen hier, bezogen auf unsere Anwendungen, meist akzeptable Werte.
• Wer natürlich Zikaden aus einem Kilometer Entfernung glasklar und ohne Nebengeräusche aufnehmen will, der muss sich schon in der Oberliga umschauen.

 Welche Probleme kann der Hörraum bereiten?

Einmessung und Überwachung der Beschallungsanlage

Jeder kennt das Problem: Man kommt in einen Raum, in dem Musik läuft oder gesprochen wird und empfindet die Akustik als schlecht. Entweder ist die Sprache unverständlich, musikalische Impulse klingen verwaschen, man hört Echos oder es hallt ewig nach. „Der Raum hat eine schlechte Akustik“ heißt es im üblichen Sprachgebrauch. Da wir eine „gute Akustik“ anstreben, identifizieren und analysieren wir jetzt die Parameter und benennen sie.

Grundsätzlich kann mit Schall in einem Raum Folgendes passieren

Die Reflektion: Schall wird reflektiert. Das heißt, dass eine Schallwelle auf eine Fläche (Wand, Decke etc.) trifft und dort wie eine Billardkugel an der Bande reflektiert wird. Dabei gilt: Einfallswinkel = Ausfallswinkel. Das sollten wir uns merken, denn hier ist ein erster Ansatz, wie wir Lautsprecher richtig im Raum positionieren.

Dabei hängt der Reflektionsgrad, also wie viel von der eintreffenden Schallwelle reflektiert wird, von der Geometrie der Wand und dem Material der Oberfläche ab. Dieser Wert ist frequenzabhängig. So reflektiert eine Fläche ab den Frequenzen, deren Wellenlänge mindestens im Bereich der eigenen Ausdehnung liegt (Lambda = c/f). Ist sie kleiner, beugt sich der Schall drumherum. Das heißt, um bei 100 Hz eine Reflexion zu erzielen, muss die dazu nötige Fläche mindesten ca.  3,5 m x 3,5 m haben. Bei 1.000 Hz reichen schon 35 cm x 35 cm.

Selbst in den verrücktesten Räumen wird Musik gemacht

Zudem ist der Reflexionsgrad abhängig vom Material der Wand. Ist die Oberfläche schallhart, beispielsweise aus glattem Stein, wird die Reflexion über alle Frequenzen fast verlustfrei weitergeleitet. Steht eine Trockenbauwand aus Rigips da, werden aufgrund der Beschaffenheit tiefe Frequenzen mehr absorbiert als hohe. Das hat jeder von euch schon mitbekommen, wenn er in ein frisch renoviertes, unmöbliertes Zimmer gekommen ist. Klatscht man hier in die Hände, baut sich sofort eine echte Salve an kurzen Echos auf. Sehr themenverwandt und meist störend sind Raummoden, das sind stehende Wellen im geschlossenen Raum, die mit sich selbst interferieren und an bestimmten Stellen im Raum Schalldruckmaxima oder -Minima erzeugen. Dieses Phänomen tritt bei den üblichen Raumgrößen meist bei tiefen Frequenzen zwischen parallelen Wänden auf und macht sich durch zu viel oder zu wenig Bass bzw. heftige Resonanzen in der Übertragung bemerkbar. Abhilfe kann hier neben dem Einsatz von Absorbern durch eine geänderte Aufstellung der Basslautsprecher geschaffen werden.

Die Absorption: Hier wird Schallenergie vernichtet. Das ist auch gut so, denn ansonsten würde Schall, einmal in einen Raum eingebracht, niemals abklingen. Ein typisches Problem ist in vielen Lehrräumen oder für Konzerte genutzten Sälen eine zu hohe oder auch ungünstig über die Frequenzen verteilte Nachhallzeit im Raum. Kernthema ist immer die zeitliche Kontrolle über die Nachhallzeit bei unterschiedlichen Frequenzen, die im allgemeinen als T-60 definiert ist. Das ist die Zeit, in der der Schalldruckpegel um 60 dB abfällt. Dabei gilt, dass sich hohe Frequenzen in der Praxis leichter und günstiger zügeln lassen als tiefe Frequenzen. Neben dem unterschiedlichen Absorptionsverhalten unterschiedlicher Wandmaterialien gibt es für jeden Einsatz unterschiedliche Absorbertypen (Membran-, Poren- und Resonanzabsorber und deren Mischformen), die wir allerdings hier nur im Zusammenhang mit akustischen Lösungsansätzen betrachten.

Diffusion: Die Diffusion ist ein Spezialfall der Reflexion und zwar wird der Schall NICHT als harter Strahl in eine einzige Richtung abgelenkt, sondern durch eine unregelmäßige, nicht plane Oberfläche der Begrenzungsfläche in viele unterschiedliche Richtungen reflektiert. Das wird als diffuse Streuung bezeichnet. Viele kleine Reflexionen erzeugen ein angenehmeres Klangbild als eine einzige harte Reflexion.

In der Praxis werden meist alle drei Effekte, also Reflexion, Absorption und Diffusion, benötigt, um ein gewünschtes Klangbild zu erzeugen. Um diese Effekte gezielt herbeizuführen, gibt es entsprechend Reflektoren, Absorber und Diffusoren. Mit diesen kann ein Akustiker, entsprechend dem gewünschten Sounddesign, den Raum entsprechend tunen.

Was passiert bei der Schallausbreitung im Raum?

Reflektogramme helfen bei der akustischen Raumanalyse

Im allgemeinen setzt sich das Schallfeld an einer Hörposition aus folgenden akustischen Komponenten zusammen, die nacheinander eintreffen:

1. Zuerst nehmen wir den Direktschall wahr, da dieser den kürzesten Weg von der Schallquelle zum Hörer hat. Steht der Lautsprecher nahe an einer reflektierenden Wand, so kommen zum Direktschall erste diskrete Reflexionen dazu, die im Allgemeinen mit dem Direktschall verschmelzen und ähnlich laut sein können wie dieser. Durch die Überlagerung können sog. Kammfiltereffekte entstehen. Das sind Interferenzen zwischen Direktschall und den ersten Reflexionen, die den originalen Frequenzgang des Signals von vornherein verfälschen. Das lässt sich nur durch Vermeidung, Umlenkung (Reflektor) oder starke Bedämpfung (Absorber) der Erstreflexion abstellen.
2. Ist der Schall im Raum unterwegs, trifft er im allgemeinen auf die nächsten Wände oder Decken und wird dort je nach Beschaffenheit entweder hart oder diffus reflektiert bzw. auch absorbiert. Da die einzelnen Reflexionen, die je nach Hörposition noch deutlich und unangenehm hörbar sind, wieder an weiteren Begrenzungsflächen reflektiert werden, entsteht so der bekannte Nachhall, auch als Diffusschall bezeichnet. Dieser nimmt, je nach Raumgröße und Absorptionsgrad des Raumes mehr oder weniger schnell ab. Als Kenngröße für die Nachhallzeit nimmt man im Allgemeinen T-60. Das ist die Zeit, innerhalb derer der Schallpegel des Nachhalls um 60 dB gesunken ist. Das entspricht 1 Millionstel des Anfangspegels.

Unglücklicherweise sind die Nachhallzeiten in vielen Räumen zu lang und dabei auch noch frequenzabhängig unterschiedlich. Das bürgt erst mal nicht für gute Klangneutralität.

Die DIN-EN 18041, Hörsamkeit in Räumen

In Deutschland gibt es dazu eine Norm, die DIN-EN 18041 für Hörsamkeit in Räumen. Die Hörsamkeit ist ein Oberbegriff, der die Wirkungen der akustischen Eigenschaften eines Raums für Schalldarbietungen, etwa Musik oder Sprache, am Ort des Hörenden beschreiben soll. Dabei werden viele Aspekte nicht berücksichtigt, die wichtig für ein angenehmes Klangempfinden sind; man beschränkt sich in der Hauptsache auf eine Klassifizierung der Hörräume in fünf Nutzungskategorien und gibt hier in Abhängigkeit vom Raumvolumen Empfehlungen für die Nachhallzeit an.

Hier noch einmal eine vereinfacht Darstellung zum Abklingverhalten eines Raumes. Auch hier werden die unterschiedlichen Frequenzen nicht berücksichtigt. Wie wichtig eine günstige  Verteilung der einzelnen Frequenzbereiche im Abklingspektrum ist, wird uns in in den nächsten Folgen dieser Serie noch oft  beschäftigen.

Idealisiertes Linienreflektogramm

Welche Effekte werden als störend empfunden, wie kann ich sie identifizieren und bekämpfen?

Übliche Probleme bei Konzerten sind …

• Es klingt zu hallig
• Der Sound ist undeutlich, schlechte Sprachverständlichkeit
• Es klingt an jeder Stelle im Raum anders
• Die Pegelunterschiede im Raum sind zu groß
• Feedback-Probleme (Mikrofone-Lautsprecher)
• Harte Echos (auch mit unangenehmen Auswirkungen auf der Bühne)
• Vorne zu viel Bass, hinten nichts oder sehr ungleichmäßige Basswiedergabe
• Grundsätzlich ungeeignete oder falsch positionierte Lautsprecher

Live-Musik klingt dann gut, wenn wenn die Band cool ist und der Raum perfekt eingemessen ist

Jedes dieser Probleme werden wir ab der nächsten Artikelfolge einzeln beleuchten und ihr lernt Strategien kennen, mit denen ihr die Situation verbessern könnt.

Wir werden mit einigen simplen (versprochen!) Formeln arbeiten, werden lernen, dass es „gute“ wie auch „schlechte“ Reflexionen gibt und wie wir uns das zunutze machen. Dazu kommen einige Tipps aus der Psychoakustik Kiste. Es gibt Links zu einigen Akustikprogrammen, mit denen man die wichtigsten Messungen vor Ort machen kann oder auch schon vor dem Gig die Aufstellung der PA-Anlage im virtuellen Konzertraum simulieren kann.