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 Flashmob der Moleküle
19.01.2017 | Technische Universität Wien

nachricht Verkehrsstau im Nichts
19.01.2017 | Universität Konstanz

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: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise