FACHthema: E-coustic Raumklang

Natürliche Akustik, guter Klang, hochwertige Beschallung, Fachplaner Medientechnik

Elektroakustische Architektur (E-coustic versus Raumakustik)

Durch Raum und Zeit – der Nachhall
Räume besitzen eine gegebene Akustik, welche jedoch nicht immer der Nutzung angepasst ist – meist ist diese unangemessen zu lang. So mag ein Konzertsaal für symphonische Werke mit ca. 2 Sekunden Nachhall ideal sein, für Jazz wünscht man sich jedoch eher um die 1 Sekunde und für populäre oder rockige Musik – ähnlich wie für Sprache – sogar noch kürzere Nachhallzeiten. Vereinzelt erreicht man, bedingt durch die relative Raumdimension, naturgesetzmäßig auch nicht immer die notwendig lange Nachhallzeit.

Mit guter Näherung lässt sich die benötigte Raumgröße überschlägig mit Volumenkennzahlen ermitteln, wie sie in der Literatur (u.a. E. Mommertz) oder in Normen als Grafiken, z.B. der DIN 18041, in Abhängigkeit ihrer Nutzung zufinden sind. Bereits in den 1920ern versuchte F. R. Watson als Erster „eine Abhängigkeit der optimalen Nachhallzeit von Konzertsälen von deren Volumen quantitativ zu erfassen“. All dies dient der Abschätzung des Notwendigen.

Bereits die sehr allgemeine Sabine´sche (Nachhall-)Formel beschreibt leicht verständlich die fundamentale Korrelation zwischen dem Volumen, den Absorptionseigenschaften sowie den umschließenden Flächen (s.g. Mantelfläche) und der finalen Nachhallzeit. So fand W.C. Sabine 1898 heraus, dass die Hallzeit sich proportional zum Volumen eines Raumes und umgekehrt proportional zur äquivalenten absorptiven Fläche verhält. Ergo: je reflektierender, also schallhärter die Oberflächen, desto länger die Nachhallzeit. Schallweiche Oberflächen verkürzen folglich die Nachhallzeit. Was tun, wenn nötige Materialien nicht möglich sind?

Virtuelle Räume
Heutige Anlagentechnik ermöglicht es Räume sehr natürlich oder surreal klingen zu lassen bzw. andere Spielstätten nachzubilden. Reale Räume können mittels elektroakustischen Raumakustik-Systemen virtuell nicht nur mit Nachhall, sondern auch mit zeitlichen Strukturen und kontrolliertem Schalleinfall, belebt, optimiert, simuliert und somit neu gestaltet werden. Dazu müssen frühe Reflektionen (early reflections), Echos, laterale Schallanteile, der relative Nachhallpegel und weitere Parameter feinjustiert werden. Manche solcher Systeme können ferner dazu genutzt werden weitere Signale (wie Surround-Effekte) diffus, richtungsbezogen oder als bewegte Quelle simultan auszuspielen.

Der Bedarf an elektroakustischen Raumakustik-Systemen ist aber nicht nur für geschlossene Räume interessant. So benötigt insbesondere ein Konzert im Freien einen „tragenden und umhüllenden Raum“, für das Publikum gleichwohl den Musikern selbst. Das bloße Erklingen von Nachhall alleine, selbst durch hochwertigste Halleffektgeräte erzeugt, generiert noch lange keinen räumlichen Eindruck. Wie in der Veranstaltungstechnik üblich erfolgt der Schalleindruck, auch des Halls, stets meist von vorne – es fehlen also alle anderen Schalleinfallsrichtungen. Auch das Auge hilft bei der Interpretation des Raumes. Wissen um Psychoakustik ist daher bei der Planung eines elektroakustischen Raumakustik-Systems ein unerlässlicher Faktor.

Was leisten moderne elektroakustische Raumakustik-Systeme um Räume zu verändern respektive zu simulieren und was nicht? Nicht zuletzt setzt auch der Mensch durch seine Sinnesorgane selbst virtuellen Räumen reale Grenzen – siehe dazu auch Akustik und Ihre Wahrnehmung. Einen kleinen Überblick sollen die nachfolgenden Punkte bringen.

Surround-Sound versus Raumklang
Was tun, wenn der Raum per se zu klein ist oder die Raumakustik, zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Objekts, universell auf die Darbietungsart anpassbar sein müsste? Bereits Anfang der 1950er entwickelt Philips Research Laboratories in Eindhoven „eine Anlage zur Erzeugung künstlichen Nachhalls“, welche 1953 vorgestellt und dann u.a. in das Haus der Künste und Wissenschaften in Den Haag, im Théâtre National Populaire in Paris, im Mailänder Opernhaus La Scala (1955) oder der Royal Festival Hall in London (1964) eingebaut wurde.

Moderne Veranstaltungsstätten im Besonderen, aber auch konventionelle Räumlichkeiten im Allgemeinen, sollen aus verschiedenen Gründen universell nutzbar sein. Der Begriff der Multifunktionshalle ist jedem geläufig, der technische Anspruch dahinter meist weniger. Nicht selten vermischt sich dabei auch das Wort Akustik mit dem Begriff Surround-Sound. Es ist daher hierbei hilfreich zunächst thematisch zu differenzieren, um einerseits abzugrenzen und andererseits Schnittpunkte herauszuarbeiten, wo Systeme verknüpft werden können.

Zur virtuellen Gestaltung einer räumlichen Darstellung ist eine dreidimensionale Wiedergabe notwendig. Hierdurch können auch Schalleindrücke von oben, wie Deckenreflexionen oder ein kreisender Vogelschwarm am Himmel (als Effekt), realisiert werden. Dies steht somit im Gegensatz zum klassischen Surround-Sound, welcher nur in der horizontalen Ebene, ähnlich einer Scheibe, stattfindet. Neue Formate, wie Dolby Atmos oder Auro-3D fassen dies auf und spielen entsprechende Signale über die so genannten Höhenkanäle aus.

Neben der Ausspielung sich räumlich bewegender oder statischer Effekte („Surround“) stellt jedoch die Raumakustik selbst den eigentlichen Teil dar, was elektroakustische Raumakustik-Systeme leisten müssen. Sie verändern nämlich den wahrgenommenen Raum(klang), was Surround-Systeme systembedingt nicht, höchsten jedoch beschränkt, leisten können.

Die Messlatte liegt dabei hoch: die nötige Klangqualität beim Wiedergeben von Effekten ist relativ, für die Wahrnehmung von Raumakustik ist die Natürlichkeit des abgebildeten Raumklangs jedoch absolut prioritär. Die Kombination aus virtuellem Raumklang und Surround-Effekt bietet also Möglichkeiten, wie bisher nur in real gekannt. Auf Grund dieser Leistungsfähigkeit wird hochwertige elektronische Raumakustik mittlerweile auch bei der Erforschung von klassischer Raumakustik und Hörversuchen verwendet.

Die richtige Akustik – gibt es diese?
Kulturelle Vielschichtigkeit, die mit der universellen Nutzbarkeit eines Gebäudes einher geht, wird bei dessen Planung genauso angeführt, wie die betriebswirtschaftliche Komponente, welche für das Fortbestehen eines Hauses unumstritten einen wesentlichen Faktor darstellt. Dabei wird das Ziel eines durchgängig repräsentativen Veranstaltungsniveaus dennoch nicht selten vernachlässigt. Akustik ist mehr denn je ein Thema – sie wird nicht selten unterschätzt. Ein optisch ansprechender Raum muss nicht zwangläufig gut klingen.

Heute eine Vorlesung, morgen ein Musical bzw. eine Theateraufführung mit Zuspielung von Mehrkanaleffekten, übermorgen ein fetziges Rockkonzert oder gar ein philharmonisches Orchester mit tragendem Raumklang. Nicht nur der Nutzen eines Gebäudes ändert sich dabei, sondern auch der Bedarf an das räumliche Umfeld in ihm. Ein Saal für klassische Musik erzwingt eine andere Raumakustik – nämlich einen längeren Nachhall – als ein Raum, welcher für Ansprachen, Vorlesungen oder Sprechtheater genutzt werden soll, in dem ein deutlich kürzerer Nachhall wünschenswert ist. Auch ein Büro bedarf seiner Akustik. So ist zeitliche Struktur des Nachhalls, der Reflexionen der jeweiligen Nutzung stets anzupassen.
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Nicht selten geschieht es dabei, dass der Teufel mit dem Beelzebub ausgetrieben wird. Hierbei wird versucht einem Raum mit hoher Nachhallzeit durch Lautsprecher mit hoher Bündelung, heutzutage meist Line-Arrays oder elektronische Beamsteering-Systeme, entgegen zu wirken. In Räumen mit langer Hallzeit wäre damit auch verständliche Sprache generell übertragbar. Eine solche Vorgehensweise kann jedoch, in Bezug ganzheitlicher Wahrnehmung, keine zufriedenstellende Lösung darstellen.

Bei diesem Ansatz bleibt unberücksichtigt, dass die eigentlichen Raumeigenschaften unverändert aktiv sind. So klingen harte Reflexionen, wie sie typischerweise durch starke Bündelung verursacht werden können, im Raum nach wie vor lange ab. Des weiteren werden Signale, welche nicht von den Hauptlautsprechern selbst erzeugt werden, im Raum verhallt. Der Lombard-Effekt ist ein interessantes Phenomen, welches in diesem Kontext genannt sein will. Kurzum: auch der Grundstörpegel wird durch unnötigen Nachhall erhöht.

Zudem kann ein Schalleintrag z. B. durch das Publikum selbst oder durch die Musiker und deren Abhörmonitore auf einer Bühne erzeugt werden. All dies geschieht unabhängig von den Lautsprechern, verursacht durch den Raum selbst, was wir jedoch als Ganzes wahrnehmen. Der Raum selbst spielt also, im wahrsten Sinn des Wortes, eine tragende Rolle. Jedes elektroakustische System sollte daher auf einer raumakustisch vernünftigen Planung basieren und kann diese nur selten ersetzen oder maßgeblich korrigieren. Gute Akustik ist also im Vorfeld planbar, bei Bedarf aber auch gezielt nachrüstbar. Grundsätzlich ist eine individuelle Akustik angebracht.

Räume mit variabler Nutzung – der Mehrzweckraum
Der Wunsch nach einer „multipurpose hall“ (dt.: universell nutzbarer Saal) ist nicht neu. Nicht selten wird dieser Begriff aus dem Englischen ins Deutsche mit Multifunktionsraum oder Mehrzweckhalle übersetzt und unglücklicherweise darunter ein „Alleskönner-Zweckbau“ verstanden, der das Thema Raumakustik eher kostenoptimiert bedient. Im gedanklichen Ansatz wäre eher ein Raum mit veränderbarem Raumklang nötig.

Ein Vorbild an variabler, real gebauter Raumakustik schuf bespielsweise Russel Johnson mit dem KKL Luzern. In klassischer Manier wird dort varialbe Raumakustik durch mechanische Maßnahmen, z.B. durch die Abtrennung / Ankopplung von Raumvolumina über Akustiktore oder das Variieren mit Absorptionsflächen, z.B. das Einbringen von Akustikbanner oder Akustiksegeln, das akustische Canopy (mehrteiliger Schallreflektor), umgesetzt.

So genannte Echokammern bilden zusätzliches Raumvolumen. Allerdings ist nicht überall Raum für großdimensionale Akustikvolumina, die sonst für Nichts nutzbar sind. Dies gilt für Neubauten, wie auch für Bestandsgebäude. Nicht selten limitieren auch der Denkmalschutz und die architektonische Anmutung raumakustisch nötige Lösungen. Umbauter Raum ist teuer und sollte „ökonomisch nutzbar“ sein – d´accord!

Kostenoptimierte Multifunktionshallen werden jedoch mit ihrer Akustik selten dem Anspruch der universellen Nutzung gerecht. Grund ist in der Regel eine gewählte Nachhallzeit, die den Kompromiss sucht, jedoch keine Lösung darstellt. Solche Räume besitzen meist eine für Sprache zu lange und für klassische Konzert zu kurze Nachhallzeit. Oder man legt sich von Anbeginn auf eine Veranstaltungsart als Schwerpunkt fest. Andere Veranstaltungsarten leiden im Anschluss fortwährend unter jener – dann meist ungünstigen – Akustik. Welche Optionen gibt es noch?

3-dimensionaler Raumklang – Elektronik sei Dank.
In einer Veranstaltungsstätte treffen diverse Menschen aufeinander, die eine Aufführung im selben Raum gleichwertig, ja gleich perfekt, erfahren sollen und möchten. Das Ziel heutiger Inszenierungen und Shows ist es daher, durch das Schaffen von Illusionen, alle Besucher in eine andere Welt eintauchen zu lassen. Entsprechende sensorische, wie optische und akustische Effekte sind dabei unerlässlich um eine lebensechte Täuschung zu schaffen.
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Moderne elektroakustische Raumklang-Systeme erlauben es nahezu jeden Raumcharakter akustisch äußerst real darzustellen – sie simulieren Umhüllung aus präzise prognostizierten Richtungen. Gegenüber Effektprozessoren, wie bei Live-Bands oder Studio-Produktionen zur Verhallung von Stimmen und Instrumenten angewandt, spielen Raumklang-Systeme das Direktsignal und den Raumklang (Reflexionen etc.) separat und insbesondere nicht nur über die Hauptlautsprecher aus. Für eine reale räumliche Wahrnehmung sind getrennte Signale und variable Einfallswinkel (lateral, medial, Höhe) unerlässlich.

Grob unterscheidet man regenerative Systeme, die ähnlich einer Rückkopplungsschleife das Signal über Mikrofone „regenerieren“, und In-Line-Systeme (z.B. nach Faltungshall-Prinzip), welche ähnlich einem Hallgerät dem Signal beigemischt werden. Regenerative Systeme kämpfen dabei, Prinzip bedingt, gegen fundamentale Probleme, die naturgesetzmäßig mit einer Rückkopplungsschleife einher gehen. Hier finden üblicherweise zwei Ansätze zur Problemlösung Anwendung: Assisted Resonsance (AR) von P. Parkin und Multi Channel amplification of Reverberation (MCR) von S. de Koning und N. Franssen.

Technologien am Markt
Die bekanntesten Raumklang-Systeme sind u.a. das belgische MCR (ehemals Philips), Carmen aus Frankreich, ACS, VAP oder SIAP aus den Niederlanden, Lares oder Meyer Sound Constellation aus den USA, das Müller-BBM Vivace aus Deutschland, das Amadeus Active Acoustics aus Österreich und das japanische Yamaha Active Field Control (kurz AFC3). Sie sind in unterschiedlicher Präsenz am Markt vertreten. Allgemein werden solche Systeme auch als e-coustic oder electro-acoustic enhancement bezeichnet.

Die Systeme unterscheiden sich dabei nicht unwesentlich. Die Dekorrelation der Signale, mögliche Diffusität und finale die Immersion des Geschehens sind sensible Merkmale. Manche, aber nicht alle, erlauben die wichtige Beeinflussung früher Reflexionen, sehr lange Nachhallzeiten sowie direkten Einfluss auf die Nachhallkurve. Sie arbeiten ohne hörbares Rauschen, spielen natürlichen Klang ohne Verfärbungen aus, verfügen über sehr gute Aussteuerbarkeit (Nachpegel) und besitzen ein schnelles Ansprechen des virtuellen Raumes – wie es echte Räume an sich haben. Realitätstreue sollte der Maßstab sein.

Je nach Funktionsprinzip besteht jedes System aus mehr oder weniger vielen Komponenten. Grundsätzlich sind dies (speziell bei regenerativen Systemen sehr viele) Mikrofone, einem Prozessor, einer Audiomatrix, passiven oder aktiven Lautsprechern mit deren Verstärkern und einer bedienfreundlichen Software. Die vom Prozessor kontrollierte Wiedergabe erfolgt über zugewiesene Lautsprechergruppen mit entsprechendem Pegel, Frequenzumfang und zeitlicher Struktur. Hierdurch entsteht im Idealfall eine akustische Umhüllung, wie sie auch ein Raum in Natura leistet.

Durch gezielte Positionierung der mehr oder weniger vielen Mikrofone erhält man eine flächendeckende und insbesondere räumlich korrekte Abnahme des Geschehens vor und auf der Bühne. Ein Satz Mikrofone im Saal ermöglicht einen Mitschnitt oder die Verstärkung von Applaus. Zur Festlegung der Lautsprechermontageorte sollte während der detaillierten Planungsphase ein dreidimensionales Simulationsmodell zur Elektro- und Raumakustik erstellt werden. Neben der akustisch sinnvollen Positionierung der Lautsprecher können somit bereits im Vorfeld auch architektonische Belange und sonstige Rahmenbedingungen berücksichtigt werden.

Was macht Sinn?
Moderne Systeme vereinen Raumakustik mit 3D Beschallungssituationen. Sie bieten damit kreativen Köpfen die Freiheit Quellen im Raum frei zu bewegen sowie Effektsignale in 3D wiederzugeben, dabei eine richtungsbezogene Beschallung gezielt umzusetzen und in größeren Räumen notwendige akustische Zonen separat zu bilden, wobei alle Funktionen idealerweise zeitgleich zur Nachhallerzeugung zur Verfügung stehen.

Jegliche Störung oder Unterbrechung einer elektroakustischen Raumakustik ist inakzeptabel, da sie die Wahrnehmung auffällig stört und gleichermaßen beim Hörer und Künstler für Irritation und schlimmstensfalls künftig gar für Ablehnung gegenüber solcher Technik sorgen kann. Wesentliche Komponenten, insbesondere der Prozessor, sollten daher redundant ausgeführt sein. Im Havariefall sollte eine automatische, unterbrechungsfreie Umschaltung für ungetrübtes Raumklangerlebnis sorgen.

Da größere Räume in real aus unterschiedlichen akustischen Zonen bestehen – z.B. dem Parkett, Unterbalkon, Balkon und Bühnenbereich – sollte ein elektroakusitsches Raumklang-System auch dieser Anforderung gerecht werden. Hierzu müssen die einzelnen Bereiche getrennt parametrierbar sein um auf die raumakustischen Eigenarten, wie sie in Räumen durchaus gegeben sein können, naturgetreu eingehen zu können. Diese Fähigkeit ermöglicht es zudem sanft zwischen Raumzuständen, ohne abrupten Klangwechsel, überzublenden.

E-coustic Systeme können auch Kreativwerkzeug des Tontechnikers sein. Sie sollten daher diesem stets volle Kontrolle über den gewünschten Raumklang, der Lokalisation von Quellen, dem Prozessor, der Signalbearbeitung, der Signalmatrix, den Verstärkern und Lautsprechern bieten. Für neue Akustikbedingungen (wie z. B. nach größeren Bühnenumbauten) ist nicht selten eine Systemanpassung nötig, welche durch Voreinstellungen nur bedingt erfassbar ist. Es ist daher ratsam, dass das System eine präzise, automatische Einmessroutine bietet. Hilfreich ist zudem ein autonomer Betrieb, also ohne jegliche Bedienung, oder einer mit einfachem Preset-Schalter. Eine Steuerung über eine Szenenautomation oder Mediensteuerung ist für Theater oder Musicals ein Muss und sollte vom System unterstützt werden.

Zur Sanierung von mittleren und großen Veranstaltungsstätten sind elektroakustische Systeme somit eine verhältnismäßig kostengünstige und „minimal-invasive“ Möglichkeit Raumakustik und Raumnutzung umfassend zu optimieren, gerade wenn ein großer Umbau nicht möglich ist. Wie bei real zu planender Akustik gilt auch bei elektroakustischem Raumklang: qualifizierte Planung und die Berücksichtigung natürlicher Hörgewohnheiten ist unerlässlich, um eine natürliches Klangerlebnis zu erhalten.

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