AMTITLE :: Wissen - CARA, Computer Aided Room Acoustics

Raumakustik? Wen interessiert´s? Sind Lautsprecher nicht auf das Durchschnitts-Wohnzimmer abgestimmt? Eben!
Haben Sie ein durchschnittliches Wohnzimmer? Und:
Was ist überhaupt ein durchschnittliches Wohnzimmer?

Die Raumakustik beeinflusst den Klang

Das Thema Raumakustik in kleineren Räumen wird in seiner Bedeutung erst in den letzten Jahren richtig eingeschätzt.

Zum einen haben sich die Raumakustiker schwerpunktmäßig immer schon die Akustik großer Räume (Kirchen, Theater und Konzertsäle etc.) vorgenommen, da hier die Sprachverständlichkeit und die Klarheit von Musikübertragungen aufgrund der großen Nachhallzeiten problematisch ist und zum anderen war der Mess- und Planungsaufwand für die Vielfalt von kleinen Räumen bisher zu aufwendig, insbesondere zu teuer.

Erst mit den heute deutlich kostengünstigeren akustischen Messeinrichtungen und insbesondere durch die moderne PC-Computer-Simulationstechnik ist es möglich geworden, dass praktisch jedermann seine individuelle Raumakustik selbst analysieren kann.

Die Wohnraumakustik beeinflusst in ungeahntem Ausmaß die Musikwiedergabe-Qualität Ihrer HiFi- und Heim-Kino-Anlage. Kein noch so schlechter Lautsprecherentwickler würde Lautsprecher mit derartigen Klangeigenschaften entwerfen, wie sie durch die raumakustischen Einflüsse entstehen.

Die Ursachen für eine schlechte Raumakustik

Viele Musikliebhaber glauben, dass ihr Raum akustisch besonders schlecht sei und man daran nichts ändern könne. In Wirklichkeit sind nahezu alle Wohnräume, in denen man schon längere Zeit wohnt, akustisch gesehen (Halligkeit etc.) recht ausgeglichen.

Die negative Klangbeeinflussung ist nicht etwa durch die typischen akustischen Eigenschaften wie Hall- oder Dämpfungsverhalten verursacht, sondern sehr wesentlich durch Interferenzen (Überlagerung von Schallwellen) bedingt. Diese treten vor allem im Tief-Mitteltonbereich auf.

Um solche positionsabhängigen Klangveränderungen per Gehör selbst genauer untersuchen zu können, hat die Kieler Firma ELAC Technische Software GmbH (ETS) eine Raumakustik Test-CD zusammengestellt, mit deren Hilfe man bei verschiedenen Frequenzen (Tonhöhen) an gewissen Stellen im Raum deutliche Lautstärkeunterschiede feststellen wird. An manchen Stellen sind einzelne Töne fast gar nicht zu hören, obwohl die Lautsprecher nicht weit weg stehen und gut zu sehen sind, während an anderen Stellen die gleichen Töne z.T. übermäßig laut zu hören sind. So kommt es z.B., dass Kunden sich beklagen "Meine Box hat überhaupt keinen (oder einen viel zu starken) Bass".

Die Lautsprecheraufstellung entscheidet

Durch Verschieben der Lautsprecherboxen können solche "Mängel" behoben werden, da sich die Moden-Landschaft verändert. Da sich dieses Problem nicht nur bei wenigen Tönen, sondern praktisch bei allen tiefen und mittelhohen Tönen in unterschiedlicher Weise ergibt, ist das Problem des Auffindens von sehr guten Aufstellungsmöglichkeiten auf diese experimentelle Art und Weise sehr aufwendig.

Cara optimiert die Lautsprecheraufstellung

Für diesen Zweck - die Optimierung der Aufstellung von Lautsprechern - hat die Firma ETS das 1998 erstmalig vorgestellte Computerprogramm CARA® (Computer Aided Room Acoustics) entwickelt.

Die neuste Version der Software ist als CARA 2.2 PLUS PowerPack erhältlich. Geliefert wird das Programmpaket in einer Maxi-DVD-Verpackung mit der Programm-CD-ROM, der zweisprachigen CARA Trainings-CD-ROM mit zahlreichen Video-Kursen, die den Einstieg in die Bedienung des sehr umfassenden CARA-Programmpakets wesentlich erleichtern, und einer Raumakustik Test-CD, die Probleme der Lautsprecheraufstellung akustisch vor Ohren führt.

CARA® erlaubt die Konstruktion eines jeden Wohnraums mit beliebigem Grundriss, schrägen Decken, Raumteilern, Zwischendecken etc., auch die Möblierung kann im einzelnen nachgebildet werden, der Benutzer kann (virtuell) in seinem 3D-Raum herumwandern. CARA wertet das "Akustische Raumklima" (Frequenzabhängigkeit der Nachhallzeiten) aus und gibt Hinweise zur Verbesserung durch geeignete Maßnahmen (Teppiche, Vorhänge,...), optimiert automatisch die Aufstellung der Lautsprecher von HiFi- oder Surround-Konfigurationen, zeigt die Raummodenlandschaft dreidimensional und lässt den Benutzer auch in seinen (virtuellen) Raum hinein hören, um z.B. die Klangunterschiede unterschiedlicher Aufstellungsvarianten miteinander zu vergleichen.

Zusätzlich ermöglicht CARA die Ergänzung eigener Lautsprechermodelle, um die mitgelieferte Boxendatenbank zu erweitern. In der mitgelieferten Boxendatenbank sind bereits Lautsprechermodelle der folgenden Firmen enthalten:

Audiodata
Audioplan
Backes & Müller
Bonsai
Burmester
Canton
ELAC
Errol
Heco
Infinity
Isopon
JBL
Focal JM Lab
Magnat
MB Quart
Piega
Quadral
Revel
Teufel
Visaton

Raumeinflüsse

Wie groß die Einflüsse der Raumakustik sind, wird während der Arbeit mit CARA schnell klar, wenn man erst einmal verschiedene Varianten ausprobiert hat.

Zum besseren Verständnis der Berechnungsvorgänge kann ein wenig Theorie nicht schaden.

Schallausbreitung

Grundsätzlich unterscheidet man bei der Schallausbreitung zwischen Drekt- und Diffusschall, wobei letzterer nach Anzahl der Reflexionen klassiviziert wird (Erste Reflexion, Hall, Echo, Stehwellen). Beim Hörer kommt es dann zu Überlagerungen und Auslöschungen, den sogenannten Interferenzen.

Dabei spielen die gemoetrische Anordnungen aller Begrenzungsflächen (Wände, Fenster, Möbel) ebenso eine Rolle, wie die Refexionseigentschaften der unterschiedlichen Materialien.

Programmfunktionen

CARA ist in die Programmteile Konstruktion und Berechnung aufgeteilt. IM CAD werden der Raum, die Materialien und die Lautsprecher eingegeben, wobei sehr detaillierte Angaben gemacht werden können, bis hin zur Definition eigener Raum-Grundrisse incl. Schrägen oder zur Konstruktion eigener Möbel.

Die Berechnungszeit wird hautsächlich von der Anzahl der Raumwände und vom Mobilar bestimmt.

Hinweise zur Verbesserung der Raumakustik

Auch wenn man nicht gleich das ganze Mobilar austauschen möchte, können generelle Hinweise zur Verbesserung beispielsweise der Ortung gegeben werden (das ist die Lokalisation einzelner Stimmen im Chor bzw. einzelner Instrumente im Orchester):

- Setzen Sie sich nicht zu nahe vor die Rückwand, ein Abstand von 40-50 cm verschiebt die Rückwandreflexionen in einen unkritischeren Zeitbereich von 1-2 Millisekunden. Wenn dies nicht möglich ist, könn beispielsweise ein Bücherregal hinter dem Hörplatz oder Mittelton-Absorber hinter der Couch Abhilfe schaffen.

- Bei seitlichen Fehlortungen durch starken Seitenschall hilft die Anbringung von Absorbern oder Diffusoren (stark strukturierte Oberflächen) an den Seitenwänden im Bereich der Lautsprecher. Hier kann ein Vorhang oder ein Bückerregal die Akustik verbessern. Andererseits kann der Seitenschall auch erwünscht sein, wenn man z.B. eine "akustisch breitere" Bühne - etwa bei größeren Hörabständen - erzielen möchte.

- Fußbodenreflexionen "drücken" das Klangbild nach unten. Hier hilft es, die Lautsprecher im Frontbereich etwas erhöht aufzustellen oder einen weichen Teppich zwischen Lautsprechern und Hörplatz zu verlegen. Ein Sonderfall stellt ein niedriger Tisch direkt vor dem Hörplatz dar, hierdurch scheint die erste Wellenfront merkbar von unten zu kommen. Eine dickere Tischdecke oder ein Blumengesteck wirkt Wunder.

Fazit

Cara ist ein äußerst leistungsfähiges Programm zur Optimierung der Lautsprecheraufstellung sowie der Raumakustik, wobei der günstige Preis für das Komplettpaket CARA 2.2 PLUS Power Pack nicht einmal ansatzweise die Qualität sowie die Funktionsvielfalt des Programmpaketes wiederspiegelt.

Schön ist auch die Demonstrations-CD: So wird selbst dem HiFi- (und Computer-) Einsteiger anschaulich erklärt, wie selbst komplizierte Berechnungen anzustellen sind.