Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wenn die Bass-Töne in den Ohren dröhnen

14.10.2014

Neue Optimierungsmethode aus der PTB lässt tiefe Töne in kleinen Räumen besser klingen

Wonne oder Wut? Beide Gefühle liegen nah beieinander, wenn es um den Klang tiefer Töne in Wohnräumen geht. Wer keinen großen Konzertsaal, sondern ein ganz normales Wohnzimmer besitzt, kann schnell in Verzweiflung geraten, wenn er seinen neuen Bass-Lautsprecher, der eben im Laden noch so toll geklungen hat, im eigenen Heim aufstellen will: Mal klingt er zu laut, mal zu leise, mal dröhnt es unangenehm – kein Platz im Raum scheint perfekt zu sein.


Ein optimierter Helmholtz-Resonator während des Messvorganges, für das Bild optisch ansprechend gestaltet. Denkbar wären die Resonatoren vielleicht auch als Sitzbänke oder andere Möbelstücke.

(Foto: PTB)


In diesem Treppenhaus klingt der tiefe Ton der zuschlagenden Tür unangenehm lange nach. Nach Optimierung mithilfe eines Helmholtz-Resonators war der Nachklang deutlich kürzer.

(Abb.: PTB)

Das Problem liegt darin, dass bei tiefen Tönen (mit langen Wellenlängen) in Räumen mit eher kleinen Abmessungen sogenannte Raummoden angeregt werden, stehende Wellen mit unschönen Begleiterscheinungen. Bisher gab es dafür praktisch gar keine Lösung.

Jetzt haben Raumakustiker aus der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) sich des Problems systematisch angenommen und eine – bereits zum Patent angemeldete – Methode entwickelt, die helfen kann. Dabei muss ein Helmholtz-Resonator für jeden Fall speziell optimiert werden. Jetzt wird eine Firma gesucht, die das anbietet – für Tonstudios, Musikhochschulen, Theater oder eben den privaten Musik-Enthusiasten.

Tiefen Tönen ist man ziemlich hilflos ausgeliefert. Weder dicke Wände noch spezielle schallschluckende Materialien können einem helfen, wenn etwa der Techno-Sound aus der Nachbarwohnung als regelmäßiges Wumm-Wumm-Wumm herüberdröhnt. „Gehen Sie hinüber – und Sie hören Musik“, sagt PTB-Raumakustiker Ingolf Bork. „Aber zurück in Ihrer Wohnung wirkt es, als wäre da immer nur die eine Bassfrequenz.“ Und Sie geraten auf Dauer ganz schön in Stress, weil wirklich nichts hilft.

„In Internet-Foren ereifern sich die Teilnehmer regelmäßig darüber, ob man die Raum-Wände verkleiden oder den Bass-Lautsprecher auf spezielle Platten setzen sollte“, erläutert Bork. „Aber helfen wird keine dieser Maßnahmen.“ Während höhere Töne sich mit speziellen Dämmmaterialien recht gut eliminieren lassen, sind die Bass-Frequenzen sehr viel widerspenstiger. Sie kriechen quasi unaufhaltbar um jedes Hindernis herum und durch jede Wand hindurch.

Dieses Problem ist besonders groß, wenn in Mietshäusern alle Wohnungen gleich gestaltet sind. Dann hat auch jede Wohnung dieselben Raummoden – jene Resonanzphänomene, die auftreten, wenn ganzzahlige Vielfache der halben Wellenlänge genau zwischen zwei gegenüberliegende Wände bzw. zwischen Fußboden und Decke passen. Die entstehenden Raummoden sind stehende Wellen mit Minima und Maxima: Dort, wo sich „Wellenberge“ überlagern, wird der Ton deutlich verstärkt, bei den Wellentälern stark gedämmt, bis hin zur Nichthörbarkeit.

„Machen Sie mal einen Test und schieben Sie Ihren Bass-Lautsprecher im Wohnzimmer herum“, rät Bork. Dazu sollte der Lautsprecher am besten nur einen sehr tiefen (Sinus-)Ton von sich geben. „Sie werden erstaunt feststellen, dass die tiefen Töne manchmal geradezu weg sind. An anderen Stellen im Raum können sie sehr laut werden; womöglich klirren auch die Jalousien oder andere Möbelstücke, weil sie in Resonanz geraten.“

Indem man seine Subwoofer derart durch den Raum „wandern“ lässt, kann man natürlich einen einigermaßen geeigneten Ort finden. Aber besser wäre es, wenn man erreichen könnte, dass es überall im Raum gleich gut klingt. Die von Bork und seinen PTB-Kollegen entwickelte Methode kann das. Auf dem Weg dorthin haben sie systematisch mehrere typische Fälle von „Tiefton-Problemen“ untersucht: Da wäre zunächst mal das Problem der Basstöne von nebenan, wenn die Raummoden beider Räume übereinstimmen. Der zweite Fall ist der des Subwoofers, der an jedem Ort im Raum anders klingt.

Und der dritte tritt auf, wenn eine Tür mit einem Knall zufällt und dessen tiefe Anteile über Raummoden so verstärkt werden, dass sie unangenehm lange nachhallen. Für alle diese Fälle haben die PTB-Ingenieure zuerst die Raummoden genau berechnet. Dann kamen spezielle Resonatoren ins Spiel: Helmholtz-Resonatoren (benannt nach jenem Universalgelehrten, der vor mehr als 125 Jahren die PTB gegründet hat: Hermann von Helmholtz). Ein Helmholtz-Resonator ist ein luftgefüllter Hohlraum mit einer Öffnung. Passt das Luftvolumen in seinem Inneren genau zur Frequenz des Tones, dann erzeugt der Resonator genau denselben Ton. Der überlagert den Störton und löscht ihn quasi aus.

Die PTB-Methode ist so simpel, dass man sich wundert, warum sie bisher noch nie angewendet wurde: Die längst bekannten Helmholtz-Resonatoren müssen nur ganz genau auf den jeweiligen Störton abgestimmt werden. Das Resultat: Der störende Ton ist wesentlich leiser, manchmal um bis zu 30 Dezibel. „Das ist eine ungeheuer große Dämpfung“, erläutert Bork. Dann experimentiert man noch mit verschiedenen Dämpfungsmaterialien, etwa verschieden dicken Stoffen, um den Ton im Raum sozusagen zu „glätten“ – also ihm eine möglichst gleichmäßige Lautstärkeverteilung (Pegel) zu geben.

Was so simpel klingt, ist jedoch das Ergebnis ausgefeilter Ingenieur-Kunst. Beteiligt sind verschiedene Messgeräte und die Berechnungsmethode der Modalanalyse, die bisher eher zur Optimierung von Autos und Musikinstrumenten angewendet wurde. Inzwischen ist die neue Methode zum Patent angemeldet. Jetzt wird eine Firma gesucht, die die Lizenz erwirbt und dann passgenaue Resonatoren für alle diejenigen produziert, die sie benötigen: Das sind in erster Linie Toningenieure und die Betreiber von professionellen Aufnahmestudios, aber auch die Betreiber oder Nutzer von kleinen Übungsräumen, etwa in Musikhochschulen oder Theatern. Nicht zuletzt sind da die vielen begeisterten Musikhörer, die das Erlebnis eines guten Konzertsaales nach Hause holen wollen, viel Geld in gute Lautsprecher investieren – und zurzeit noch allzu oft enttäuscht werden.

Die Entwicklung aus der PTB bietet also eine gute Gelegenheit für Ausrüster von Tonstudios und High-end-Home-Entertainment, ein neues Produkt zu entwickeln. Bei Interesse bietet die PTB übrigens auch an, in gemeinsamen Projekten solche Erfindungen zu Funktionsmustern weiterzuentwickeln.
es/ptb

Weitere Informationen:

http://www.ptb.de/de/aktuelles/archiv/presseinfos/pi2014/pitext/pi141014.html

Erika Schow | PTB

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MADMAX: Ein neues Experiment zur Erforschung der Dunklen Materie
20.10.2017 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung
20.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise