Raummoden, Schröderfrequenz, Erstreflexionen

KSTR
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Beitrag von KSTR »

In einem quadratischen Raum wäre mit diagonaler Orientierung der Hörachse ein Stereo-QBA (2 DBA über kreuz) möglich, ohne dass es zu Modenanregung kommt. Ob das schon mal jemand probiert hat...?
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FoLLgoTT
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Beitrag von FoLLgoTT »

KSTR hat geschrieben:In einem quadratischen Raum wäre mit diagonaler Orientierung der Hörachse ein Stereo-QBA (2 DBA über kreuz) möglich, ohne dass es zu Modenanregung kommt. Ob das schon mal jemand probiert hat...?
Das ist eine lustige Idee. Und die könnte sogar funktionieren. Wäre auf jeden Fall gewöhnungsbedürftig... :)

Gruß
Nils
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O.Mertineit
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Beitrag von O.Mertineit »

KlausR. hat geschrieben: Wie hoch laufen typische subwoofer? Vermutlich nicht viel höher als 100 Hz. Dies liegt wahrscheinlich immer unterhalb der Schröderfrequenz, aber wie Tooles Messungen zeigen, spielen die Moden weit darüber hinaus eine bestimmende Rolle, und mit typischen subs lassen sich diese Moden nicht „behandeln“. Daher denke ich, daß die klassische Schröderfrequenz in diesem Zusammenhang keine wesentliche Rolle spielt, vielleicht sogar irreführend ist, da man denkt, man sei aus dem Modenbereich raus, obwohl dies gar nicht der Fall ist.
...
Hallo Klaus,

100Hz liegen "mal drunter", "mal drauf", "mal drüber" (ein Schelm wer Böses dabei denkt ...) je nach Raum und Ausstattung.

Es ist immer noch wichtig, die Übernahme der Subwoofer zu den Haupt-LS meist unterhalb bzw. nahe der der Schröderfrequenz hinzubekommen.

Trotzdem können die Subwoofer hier Aufgaben erfüllen, zu denen die Haupt LS von ihren Positionen aus überhaupt nicht in der Lage sind ... nämlich im Bereich der Moden niedriger Ordnung.

Das hatte ich alles im von Dir zitierten Post beschrieben.
Es gibt viele Hörer, die keine Subwoofer Systeme verwenden und deren Sinn bezweifeln. Ich bezweifle hingegen die Sinnhaftigkeit der Herangehensweise, eine Wiedergabe vom tiefen bis in den mittleren Bass mit den Haupt-LS anstatt mit einer raumangepassten Subwoofer-Konfiguration zu bewerkstelligen, grundsätzlich.

Dabei sehe ich für die Mehrheit aller Räume die Argumente so sehr auf meiner Seite, daß Überzeugungsversuche vom Gegenteil bei mir nichts bewirken werden, außer vielleicht dem Zugeständnis, daß es in Ausnahmefällen mal leidlich funktionieren kann.


Grüße Oliver
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O.Mertineit
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Beitrag von O.Mertineit »

KlausR. hat geschrieben: ...
daß die klassische Schröderfrequenz in diesem Zusammenhang keine wesentliche Rolle spielt, vielleicht sogar irreführend ist, da man denkt, man sei aus dem Modenbereich raus, obwohl dies gar nicht der Fall ist. ...
Hallo Klaus,

das ist jetzt wirklich von meiner Seite nicht als Spitzfindigkeit gedacht:

Nur dann, wenn jemand es so versteht, oberhalb der Schröderfrequenz habe man "Modeneinfluss" in realen Beschallungssituationen innerhalb akustisch kleiner Räumen hinter sich gelassen, wirkt die Angabe der Schröderfrequenz für einen Raum evt. irreführend (z.B. für modale Überlappung MOF=3).

Die Art des modalen Einflusses und die Umgangsmöglichkeiten damit sind für eine Raumbeschallung deutlich unterhalb der Schröderfrquenz trotzdem anders als deutlich oberhalb:
Das ist so, obwohl beide Bereiche noch im "Tiefton" sind und auch in technisch realen Situationen meist noch "modenbehaftet".

Man muss man die modale Überlappung des Raums in idealisierter Hinsicht ("wenn alle Moden gleichmäßig angeregt würden ...") und in techn. praktischer Hinsicht ("welche Moden rege ich mit einer bestimmten LS Konfiguration im Raum konkret an ...") deutlich unterscheiden.

Die Schröderfrequenz kennzeichnet auschließlich den Raum, sie kennzeichnet

- keine konkrete Beschallungstechnik für den Raum

und auch

- keine konkrete LS-/Raum Interaktion für eine bestimmte Beschallungssituation (oder einen Hörplatz)

Mit diesen Einschränkungen im Kopf, kann man mit der Schröderfrequenz m.E. gut leben: Sie ist nur eine Maßzahl für "potentielles Verhalten" des Raums, mehr kann sie nicht sein und mehr soll sie m.E. ausdrücklich auch nicht sein.

Daß in realen Beschallungssituationen mehr Restriktionen berücksichtigt werden müssen - vor allem für die Aufstellung der Stereo Haupt-LS - als nur "ausgewogene Modenanregung" ist nicht der Definition der Schröderfrequenz oder irgendeiner anderen Frequenzgrenze mit MOF = N anzulasten.

Es ist vielmehr bei üblicher LS-Technik und üblichen Anordnungen von Schallquellen im Raum oft zu fragen:

(1) Warum ist die Basswiedergabe so unausgewogen ?
Mögliche Antworten auf diese Frage und auch die genauere Ausprägung der Frage selbst sind deutlich unterhalb von Fs anders als deutlich oberhalb von Fs.

(2) Deutlich unterhalb von Fs könnte eine Antwort lauten: "Weil Du es nicht schaffst, die wenigen 'brauchbaren' Moden (selektiv) anzuregen bzw. ihre Anregung untereinander bezüglich der Hörzone auszubalancieren (*).

(3) Deutlich oberhalb von Fs könnte eine Antwort lauten: "Weil Du es nicht schaffst, mit der relativ hohen modalen Überlappung, die Dir jetzt schon zur Verfügung stünde, ein der stereophonen Wiedergabe angemessenes Wellenfeld aufzubauen (etwa, um damit Richtungsinformation zum Hörplatz zu übertragen).

(4) Die technisch sinnvollen Antworten auf die nächste Frage "Wie (mit welcher Technik ...) könnte ich es schaffen, daß ..." sind im akustisch kleinen Raum für (2) anders als für (3).

Deshalb werden für hochwertige Basswiedergabe deutl. unterhalb Fs und für hochwertige Basswiedergabe deutl. oberhalb Fs in den weitaus meisten Fällen unterschiedliche und spezialisierte technische Systeme benötigt, die jeweils an die Raumverhältnisse angepasst sein müssen.

Die Bandbreite einer Übergangszone von "modal" zu "statistisch" hängt natürlich auch vom Raum und seiner Ausstattung ab.

Es ist m.E. jedoch sachfremd, bezüglich der Schröderfrequenz etwa zu sagen:
"Mit Raum X und Technik Y habe ich (unangenehmen) Modeneinfluss bis ca. 200Hz. Daher erachte ich die ermittelte Schröderfrequenz von 120Hz in diesem Raum als 'irreführend' ".

Eine hilfreiche Antwort wäre vielmehr: "Gehe zu (1) ..."


Grüße Oliver
______________

(*) Bzw. beim Quelle/Senke Subwoofer System bezüglich jeder Mode im Raum den Energieeintrag und den Energieentzug auf gleichem Niveau zu halten.
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Daihedz
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Beitrag von Daihedz »

Hallo Oliver
O.Mertineit hat geschrieben: ... Der Übernahmebereich zw. Subwoofer und Haupt-LS kann noch gezielt genutzt werden für eine "räumlich verteilte" Anregung des Raums, in der ebenfalls Quelle/Senke Effekte bezüglich kritischer Moden genutzt werden können. Das erfordert natürlich entsprechende Planung ...

Im Bereich der Schröderfrequenz und darüber, wo die Haupt-LS dann allein die Tieftonwiedergabe bestreiten, sind Haupt LS gefragt, die im Bereich größerer modaler Überlappung des Raums eine statistisch günstige Interaktion mit dem Raum pflegen:

Richtwirkung verwendeter Schallquellen und deren Abstände zu einzelnen Grenzflächen (u.a. auch dem Boden) werden jetzt entscheidend, zusätzlich muss ein funktionierendes Stereodreieick bezogen auf den Hörplatz aufgebaut werden.

Eine Forderung, die an reine Subwoofer nicht gestellt wird, sonst könnte man damit weder "modal Balancing-" noch "Quelle/Senke-" Strategien sinnvoll verfolgen:

Ich konstruiere z.B. derzeit überhaupt keine Haupt-LS mehr, die für einen Einsatz ohne Subwoofer-System gedacht wären
. ...
Als Dipolbauer kommt mir der Gedanke einer sinnvollen Haupt-LS-Subwoofer-Kombination sehr entgegen. Deshalb meine Frage: Bei welchen Frequenzen liegt in praxi bei Deinen Konstruktionen in etwa der Übergang von Haupt-LS zu Subwoofer? Es ist mir klar, dass die genauere und präzisere Abstimmung raumabhängig sein dürfte. Aber vielleicht gibt es dennoch Richtwerte.

Beste Grüsse
Simon

PS:
Und mit diesem Thread dürfte auch das definitive Ende der Männerboxen der Superschwergewichts-Klasse eingeläutet worden sein. Es lebe der WAF.
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FoLLgoTT
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Beitrag von FoLLgoTT »

Hallo Simon,
Daihedz hat geschrieben:Und mit diesem Thread dürfte auch das definitive Ende der Männerboxen der Superschwergewichts-Klasse eingeläutet worden sein. Es lebe der WAF.
Auch wenn ich Oliver komplett zustimme, glaube ich nicht, dass dieser Thread auch nur die geringsten Auswirkungen auf das Kaufverhalten der Hifi-Gemeinde hat. ;)

Leider.

Gruß
Nils
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O.Mertineit
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Beitrag von O.Mertineit »

Daihedz hat geschrieben: Als Dipolbauer kommt mir der Gedanke einer sinnvollen Haupt-LS-Subwoofer-Kombination sehr entgegen. Deshalb meine Frage: Bei welchen Frequenzen liegt in praxi bei Deinen Konstruktionen in etwa der Übergang von Haupt-LS zu Subwoofer?
...
Hallo Simon,

momentan halte ich mich selbst nicht an meine Empfehlung :wink: , da ich mit meinen Fullrange Biegewellenwandlern im eigenen Hörraum - die im Tiefton praktisch gewöhnliche Dipole sind - derzeit selbst keinen Subwoofer einsetze. Das wird sich aber bald ändern und die Wiedergabe nochmals verbessern ...

Eine ungewöhnlich günstige Raumsituation im Tiefton - mit gewissen Freiheiten in der Nutzung - erlaubt es mir jedoch, auch mit den Dipol-Haupt LS allein noch eine passable Wiedergabe bis in den Tiefbass zu erreichen.

Wenn ich hingegen Dipol-Subwoofer einsetzte, dann sind je nach Raumsituation Übernahmefrequenzen um 80Hz oft "normal". Gewisse Variationen im Übernahmebereich sind je nach Situation möglich oder auch notwendig.

Die minimale Anforderung - auch für eine gewisse Flexibliät in der Anwendung - für die Haupt-LS wären dann m.E. mögliche untere Grenzfrequenzen im Raum um ca. 60Hz.

Damit benötigen die Haupt LS weniger Verschiebevolumen, als wenn z.B. Basstauglichkeit noch für die Oktave darunter (bis 30Hz) gefordert würde:

Bei Monopolen macht eine Oktave tiefer im Bass (z.B. im Freifeld / Halbraum / Viertelraum jeweils bei gleichem Pegel) einen Faktor 4 im benötigten Verschiebevolumen des LS aus, bei Dipolen ist es sogar ein Faktor 8.

Es werden nun (mit speziellem Subwoofer) also auch Dipole und Kardioide als Haupt-LS möglich, die wesentlich höhere Pegel bei "noch wohnraumfreundlichen" Abmessungen erlauben, als dies ohne Subwoofer der Fall wäre.


Grüße Oliver
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O.Mertineit
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Positive Effekte: Subwoofer für kleine Dipol Flächenstrahler

Beitrag von O.Mertineit »

Als Egänzung:

Es gibt - nicht nur aber auch - z.B. für Dipol Flächenstrahler noch einen anderen Aspekt:

Solche bereits vorhandenen LS (u.a. ESL und "Magnetostaten") die evt. bisher aufgrund der Tiefbasswiedergabe schon bei gehobenen Lautstärken "auf dem letzten Loch gepfiffen" haben, werden durch (Beispiel) eine sanfte Hochpassfilterung ab ca. 80Hz und Integration eines Subwoofer-Systems erheblich entlastet.

Wenn die Tieftonwiedergabe z.B. über einen speziellen Dipol-Subwoofer erfolgt, der (hinsichtlich Dimensionierung, Position im Raum, Orientierung, Filterung, Delay, Pegel, ...) an seine Aufgabe im Raum angepasst ist, dann ist in den weitaus meisten Fällen nicht nur eine bessere Wiedergabe im tiefen und mittleren Bass möglich:

Es werden zusätzlich harmonische Verzerrungen (Klirr, Intermodulation und möglicherweise Geräuschanteil) der Flächenstrahler als Haupt-LS erheblich gesenkt und damit Grenzdynamik sowie Feindynamik verbessert.

Oft schlägt sich dies klanglich auch in einem subjektiv "besser durchhörbaren", "aufgeräumteren" Bereich vom oberen Bass bis in den Mittelton nieder.


Grüße Oliver
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KlausR.
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Beitrag von KlausR. »

Hallo Oliver,
O.Mertineit hat geschrieben:Es ist immer noch wichtig, die Übernahme der Subwoofer zu den Haupt-LS meist unterhalb bzw. nahe der der Schröderfrequenz hinzubekommen.
Vorweg: Raummoden werden selbstverständlich im gesamten Übertragungsbereich der Lautsprecher angeregt, und selbstverständlich sind die Auswirkungen je nach Frequenzbereich andere. Wenn von Moden die Rede ist, ist wohl üblicherweise der Bereich gemeint, in dem durch auf der Frequenzachse deutlich voneinander getrennte Moden störende Pegelanhebungen und –auslöschungen erfolgen.

Das Konzept der Schröder-Frequenz setzt ein diffuses Schallfeld voraus. Daß es dieses auch in akustisch großen Räumen nicht gibt, wußte schon Sabine, und Schröder ebenfalls, insbesonders dewegen, weil sein Kollege E. Meyer, zu der Zeit (1954) ebenfalls am 3. Physikalischen Institut der Uni Göttingen, dies durch Messungen nachgewiesen hatte.

Der Frequenganz ist die Summe der komplexen Schalldrücke aller angeregten Moden. Jeder dieser Moden hat einen andere Amplitude und Phase. Oberhalb der Schröder-Frequenz werden bei jeder Frequenz ausreichende viele Moden angeregt, so daß die Summe eine Gauss’sche Verteilung der realen und imaginären Anteile hat. Unterhalb der Schröder-Frequenz sind die Modenfrequenzen ausreichend weit auseinander, daß keine Überlappung vorkommt und der Frequenzganz durch Amplitude und Phase der Einzelmoden bestimmt wird.

Die Schröder-Frequenz kennzeichnet demnach den Übergang zw. Wellenakustik und geometrischer/statistischer Akustik. Laut Schröders Formel liegt dieser Übergang bei einer 3-fachen Modenüberlappung. Tooles Frequenzgangmessungen jedoch zeigen deutlich, daß es einen Übergang zw. einem Gebiet gibt, in dem der Frequenzgang von der Position von Schallquelle und Mikrophon abhängt, und einem Gebiet, wo dies nicht mehr der Fall ist. Dieser Übergang findet bei höheren Frequenzen als der Schröder-Frequenz statt. Geddes sagt, daß die Schröder-Frequenz sowieso nicht exakt definiert werden kann (“Small room acoustics in the statistical region”, AES 15th International Conference 1998). Er sagt weiter, daß man bei zunehmender Modendichte in einen Übergangsbereich komme, in dem das Schallfeld weder allein durch Moden noch durch geometrische Akustik bestimmt werde. Oberhalb der Schröder-Frequenz sei dann die Modendichte ausreichend hoch, daß bei jeder Frequenz ausreichend viele Moden angeregt würden, so daß die Summe dieser Moden eine zufällige frequenzunabhängige Variable sei („ ... the modal density is sufficiently high that there are always enough modes acting simultanesously that the sum of these modes becomes a random variable independent of frequency“.) Falls dies nicht bekannt sein sollte: Geddes ist Physiker und hat über Schallfelder bei tiefen Frequenzen in nicht-rechteckigen Räume promoviert.

Die Schröder-Frequenz scheint also den relevanten Quellen zufolge doch eine recht scharfe Grenze zu sein, mit einem darunter liegenden Übergangsgebiet, siehe auch Kuttruff, “Sound fields in small rooms”, AES 15th International Conference 1998.

Daß das originale Konzept der Schröder-Frequenz in akustisch kleinen Räumen nicht funktioniert, liegt wohl in der Natur bzw. Physik der Dinge. Einen Übergang gibt es, doch nicht bei der klassischen Schröder-Frequenz, so wie bei 3-facher Überlappung definiert. In dieser Hinsicht ist die klassische Schröder-Frequenz irreführend.

Mit subs, die bis 100 Hz laufen, lassen sich nur die ersten paar Moden erfassen (in unserm Raum wären das die ersten 8 Axialmoden), ein großer Teil jedoch nicht angesichts der sehr viel höheren Übergangsfrequenz. Da dies anscheinend nicht weiter tragisch ist, liegt vielleicht daran, daß die Frequenzgänge nur auf dem Papier so schlimm aussehen, unser Gehör das jedoch bestens in den Griff bekommt.
Es gibt viele Hörer, die keine Subwoofer Systeme verwenden und deren Sinn bezweifeln.
Da wohl die meisten Hörer ihre Anlage im heimischen Wohnzimmer haben, wird aus durchaus verständlichen Gründen ein System mit 2 oder 4 subs auf wenig Gegenliebe stoßen. In unserm Wohnzimmer z.B. könnte ich nicht mal 1 sub gescheit unterbringen, und dies nicht, weil meine Frau dagegen wäre. Zwischen Wollen und Können liegt oftmals ein unüberwindlicher Graben.
Ich bezweifle hingegen die Sinnhaftigkeit der Herangehensweise, eine Wiedergabe vom tiefen bis in den mittleren Bass mit den Haupt-LS anstatt mit einer raumangepassten Subwoofer-Konfiguration zu bewerkstelligen, grundsätzlich.
Im AES paper 8312 werden 8 verschiedene sub-Systeme miteianander verglichen, wobei das System mit 2 wandnahen subs auf Raumlängsachse (source-to-sink) am besten abschneidet. Raum nach ITU 116/IEC 268, Hörplatz war in Raummitte, eine Genelec 1029 als Hauptlautsprecher, Hörabstand 2m. Ein weiteres Ergebnis war, daß sich eins der beiden ausgewählten (baßstarken) Musikstücke nicht zur Beurteilung eignete. Ein Vergleich mit Raum ohne sub wurde interessanterweise nicht gemacht!
Man muss man die modale Überlappung des Raums in idealisierter Hinsicht ("wenn alle Moden gleichmäßig angeregt würden ...") ...
So wie ich Schröder, Geddes und Kuttruff verstehe, geht es nicht um eine gleichmäßige Anregung der Moden, sondern um eine ausreichend hohe Anzahl von überlappenden Moden.

... und in techn. praktischer Hinsicht ("welche Moden rege ich mit einer bestimmten LS Konfiguration im Raum konkret an ...") deutlich unterscheiden.
Mein Reden, aber bitte mit Musik.
Es ist vielmehr bei üblicher LS-Technik und üblichen Anordnungen von Schallquellen im Raum oft zu fragen:

(1) Warum ist die Basswiedergabe so unausgewogen ?
Mögliche Antworten auf diese Frage und auch die genauere Ausprägung der Frage selbst sind deutlich unterhalb von Fs anders als deutlich oberhalb von Fs.

(2) Deutlich unterhalb von Fs könnte eine Antwort lauten: "Weil Du es nicht schaffst, die wenigen 'brauchbaren' Moden (selektiv) anzuregen bzw. ihre Anregung untereinander bezüglich der Hörzone auszubalancieren (*).
Nochmal: in unserm Wohnzimmer (Fs geschätzt bei 125 Hz) sind alle Moden unterhalb 100 Hz mit Sinustönen gut wahrzunehmen, mit einigen wenigen Musikstücken jedoch nur die Quermode 2ter Ordnung bei 74 Hz. Von unausgewogener Basswiedergabe habe ich ansonsten noch nichts gemerkt, hätte ich das müssen?

Deshalb werden für hochwertige Basswiedergabe deutl. unterhalb Fs und für hochwertige Basswiedergabe deutl. oberhalb Fs in den weitaus meisten Fällen unterschiedliche und spezialisierte technische Systeme benötigt, die jeweils an die Raumverhältnisse angepasst sein müssen.
Wenn Du mit Fs die tatsächliche Übergangsfrequenz meinst, die offensichtlich weit über der klassischen Schröder-Frequenz liegt, gebe ich Dir Recht. Dummerweise laufen typische subwoofer nicht so hoch, was dazu führt, daß die Hauptlautsprecher einen Teil der Arbeit übernehmen, wozu sie eigentlich nicht geeignet sind, da man sie in bezug auf Modenanregung nicht optimal plazieren kann. Da solche Konfigurationen trotzdem zufriedenstellende Ergebnisse zu liefern scheinen, ist der Bassbereich oberhalb der subs mit den Moden ausschließlich höherer Ordnung vielleicht nicht so wichtig.

Je mehr ich zu diesem Thema lese, und inbesondere angesichts Tooles Raumfrequenzganzmessungen, desto mehr stellt sich die Frage, ob das Konzept der Schröder-Frequenz in kleinen Räumen mit Wiedergabe über Lautsprecher nicht vielleicht einfach fehl am Platze ist, weil es Schröder um etwas ganz anderes ging. Laut Skålevik belegen Messungen, daß auch unterhalb der Schröder-Frequenz die Bedingungen der geometrischen Akustik erfüllt sind. Wenn aber der Frequenzbereich, in dem die Positionen von Quelle und Empfänger das Geschehen nachweislich maßgeblich bestimmen, weit über die Schröder-Frequenz hinausgeht, stellt sich m.E. nach dem Nutzen dieser Frequenz. Bleibt die Frage, warum subs, die nur im unteren Teil dieses Frequenzbereichs arbeiten, trotzdem zufriedenstellende Resultate liefern.


Klaus
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FoLLgoTT
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Beitrag von FoLLgoTT »

Hallo Klaus,
KlausR. hat geschrieben:Wenn aber der Frequenzbereich, in dem die Positionen von Quelle und Empfänger das Geschehen nachweislich maßgeblich bestimmen, weit über die Schröder-Frequenz hinausgeht, stellt sich m.E. nach dem Nutzen dieser Frequenz. Bleibt die Frage, warum subs, die nur im unteren Teil dieses Frequenzbereichs arbeiten, trotzdem zufriedenstellende Resultate liefern.
Ich denke, das liegt einfach daran, dass die Moden im unteren Bereich bei logarithmisch skalierter Frequenzachse (also unserem Hörempfinden) deutlich breiter sind. Weiterhin klingen sie länger ab und erzeugen eine stärkere Überhöhung, weil sie schwächer bedämpft sind. Bei einigen Hundert Hz reichen ja schon Möbel usw. um eine merkliche Bedämpfung zu erzeugen. Für die unteren Moden sind die meisten Räume dagegen quasi unbedämpft.

Das heißt, die "natürliche" Ausprägung und gleichzeitig unsere Gewichtung unterscheidet sich im unteren Modenbereich.

Gruß
Nils
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uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann »

KlausR. hat geschrieben:Da dies anscheinend nicht weiter tragisch ist, liegt vielleicht daran, daß die Frequenzgänge nur auf dem Papier so schlimm aussehen, unser Gehör das jedoch bestens in den Griff bekommt.
Die Frequenzgangbetrachtung ist für mich ein Hilfsmittel, über dessen Grenzen man sich bewusst sein muss. Was leider allzuhäufig nicht der Fall ist.

Merke: ein Frequenzgang zeigt i.a. einen EINGESCHWUNGENEN Zustand. Insofern wird mit dem Abspielen eines konstanten Sinustons auch ein Einschwingen zugelassen und so bewahrheiten sich dann auch die Moden in einem Raum.
Spannend ist, dass man nun andererseits das Ganze in den Diskussionen mit geometrisch/statistischer Akustik zusammenwürfelt, wo eigentlich von einem Einschwingen gar nicht die Rede ist.

Und wenn man sich überlegt, dass Musik im Großen und Ganzen alles andere als einen eingeschwungenen Zustand darstellt (er kommen trotzdem manchmal auch Töne vor, die lange genug anstehen, um Resonanzen bzw. ein Einschwingen anzuregen), sollte man eigentlich auf die Lösung kommen, warum ein Frequenzgang nicht alles aussagt.

Bleibt vielleicht die Frage, was sich denn Mystisches dahinter verbirgt, was unser Gehör dazu befähigt, das in den Griff zu bekommen. Mein Tip dazu: ein Einschwingen bis zum eingeschwungenen Zustand bedingt eine gewisse Zeit. Hat das Ohr soviel Zeit bzw. muss es nicht schon die Information davor auswerten? Was bedeutet eigentlich der Haas-Effekt

Grüsse
Uli
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KlausR.
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Beitrag von KlausR. »

Hallo Nils, Uli,
FoLLgoTT hat geschrieben:
KlausR. hat geschrieben:Wenn aber der Frequenzbereich, in dem die Positionen von Quelle und Empfänger das Geschehen nachweislich maßgeblich bestimmen, weit über die Schröder-Frequenz hinausgeht, stellt sich m.E. nach dem Nutzen dieser Frequenz. Bleibt die Frage, warum subs, die nur im unteren Teil dieses Frequenzbereichs arbeiten, trotzdem zufriedenstellende Resultate liefern.
Ich denke, das liegt einfach daran, dass die Moden im unteren Bereich bei logarithmisch skalierter Frequenzachse (also unserem Hörempfinden) deutlich breiter sind. Weiterhin klingen sie länger ab und erzeugen eine stärkere Überhöhung, weil sie schwächer bedämpft sind. Bei einigen Hundert Hz reichen ja schon Möbel usw. um eine merkliche Bedämpfung zu erzeugen. Für die unteren Moden sind die meisten Räume dagegen quasi unbedämpft.

Das heißt, die "natürliche" Ausprägung und gleichzeitig unsere Gewichtung unterscheidet sich im unteren Modenbereich.
Messungen mit Möbeln und möbelähnlichen Elementen habe ergeben, daß Möbel ab einem Verhältnis von Wellenlänge/Möbelabmessung von 4,5 „unsichtbar“ werden. Bei 100 Hz reicht also ein Polstersessel, bei 150 ein Sitzwürfel, um eine absorbierende Wirkung zu haben. Das bedeutet also, daß in normal möblierten Wohnzimmern nur im Bereich unter ca. 100 Hz wirkliche Probleme zu erwarten sind, subs diese also in den Griff bekommen können. Ob allerdings wirkliche Probleme dann auch tatsächlich auftreten, muß der Hörtest mit Musik (oder Film) erweisen.

De Melo et al., “Sound absorption at low frequencies: modelling a test room”, J. of Building Acoustics 2006, vol. 13, no. 2, S.141

De Melo et al., “Sound absorption at low frequencies: room contents as obstacles”, J. of Building Acoustics 2007, vol. 14, no. 2, S.143

De Melo et al., "Finite element model of absorbent furniture in small rooms at low frequencies", 9th International Congress on Sound and Vibration, Orlando, USA, 8.-11. July 2002

De Melo et al., "A finite element model of sound absorption at low frequencies", 4th European Conference on Noise Control, Patras, Griechenland, 14.-17. January 2001

uli.brueggemann hat geschrieben:Die Frequenzgangbetrachtung ist für mich ein Hilfsmittel, über dessen Grenzen man sich bewusst sein muss. Was leider allzuhäufig nicht der Fall ist.

Merke: ein Frequenzgang zeigt i.a. einen EINGESCHWUNGENEN Zustand. Insofern wird mit dem Abspielen eines konstanten Sinustons auch ein Einschwingen zugelassen und so bewahrheiten sich dann auch die Moden in einem Raum.
Spannend ist, dass man nun andererseits das Ganze in den Diskussionen mit geometrisch/statistischer Akustik zusammenwürfelt, wo eigentlich von einem Einschwingen gar nicht die Rede ist.

Und wenn man sich überlegt, dass Musik im Großen und Ganzen alles andere als einen eingeschwungenen Zustand darstellt (er kommen trotzdem manchmal auch Töne vor, die lange genug anstehen, um Resonanzen bzw. ein Einschwingen anzuregen), sollte man eigentlich auf die Lösung kommen, warum ein Frequenzgang nicht alles aussagt.
Mein Reden: The proof of the pudding is in the eating!

Frequenzgangmessungen berücksichtigen weder die Kurven gleicher Lautstärke, noch die Klangverfärbungsunterdrückung, noch zeitliche Aspekte wie den Präzedenzeffekt, noch die Einfallsrichtung des Schalls, also all die ausgeklügelten Mechanismen, deren sich das Gehör bedient.

Was das Einschwingen von Moden und deren Wahrnehmbarkeit aussieht, Fazendas Doktorarbeit ist in diesem Zusammenhang interessant:

“Perception of room modes in critical listening spaces”, Doctoral thesis, University of Salford, 2004

Bleibt vielleicht die Frage, was sich denn Mystisches dahinter verbirgt, was unser Gehör dazu befähigt, das in den Griff zu bekommen. Mein Tip dazu: ein Einschwingen bis zum eingeschwungenen Zustand bedingt eine gewisse Zeit. Hat das Ohr soviel Zeit bzw. muss es nicht schon die Information davor auswerten? Was bedeutet eigentlich der Haas-Effekt

Für Sprache darf eine einzelne Reflexion im Freien bei Laufzeitdifferenzen bis 30 ms die Intensität des Hauptlautsprechers um 10 dB übersteigen, bevor sie wahrgenommen wird. Hauptlautsprecher und Echolautsprecher waren in 3 m Abstand und jeweils unter einem Winkel von 45 Grad aufgestellt. Strahlen beide Lautsprecher mit gleicher Intensität und wird die Laufzeitdifferenz durch unterschiedlich große Abstände erzeugt, hört man ab einer Differenz von 50 ms ein Echo.

Für andere Signaltypen ergeben sich andere Echoschwellen, bis zu 80 ms für Musik (Blauert 2005).

Hat meiner Ansicht nach mit Wahrnehmung von Moden wenig zu tun.

Klaus
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Beitrag von O.Mertineit »

KlausR. hat geschrieben: ...
Wenn aber der Frequenzbereich, in dem die Positionen von Quelle und Empfänger das Geschehen nachweislich maßgeblich bestimmen, weit über die Schröder-Frequenz hinausgeht, stellt sich m.E. (die Frage) nach dem Nutzen dieser Frequenz.
...
Hallo Klaus,

was Du äußerst, ist dann m.E. in Konsequenz Dein persönlicher Zweifel am Nutzen jedweder Angabe für eine bestimmte modale Überlappung und nicht nur für die Schröderfrequenz und z.B. MOF=3, denn Du argumentierst mit Positionen von Sendern (implizit auch deren Art) und Empfängern (implizit auch deren Art) im Raum.

Nemen wir anstatt eines Raums mal ein eindimensionales Rohr als vereinfachten Fall ... (viele haben es im Physikunterricht in der Schule als Kundt'sches Rohr kennengelernt)

Beispiel:

Ein beidseitig geschlossenes Rohr habe die Länge 0.5 x 344[m/s]/100[1/s] = 1.72m

Ein Rohr dieser Abmessungen hat rechnerisch bei Anregung durch einen Drucksender (Monopol) am
geschlossenenen Ende Eigenresonanzen bei ca.

100Hz, 200Hz, 300Hz, 400Hz, 500Hz, 600Hz, 700Hz, 800Hz, 900Hz, 1000Hz, ...

Jetzt nehmen wir einen konkreten Aufbau des Rohrs, platzieren einen Drucksender (Monopol) am linken geschlossenen Ende und einen Druckempfänger am rechten geschlossenen Ende. Dann messen wir die Frequenzen der entstehenden Druckmaxima im Frequenzbereich im eingeschwungenen Zustand, also

1) Sender linkes Ende, Empfänger rechtes Ende

Die Druckmaxima liegen bei
100Hz, 200Hz, 300Hz, 400Hz, 500Hz, 600Hz, 700Hz, 800Hz, 900Hz, 1000Hz, ...

Das Ergebnis ist wie rechnerisch erwartet, jede Resonanzfrequenz erzeugt ein Druckmaximum

Jetzt verschieben wie den Sender exakt in die Mitte des Rohrs

2) Sender mittig, Empfänger rechtes Ende

Die Druckmaxima liegen nun bei
........, 200Hz, ........, 400Hz, ......., 600Hz, ........, 800Hz, ........, 1000Hz, ...


Jetzt verschieben wie den Empfänger exakt in die Mitte des Rohrs, und
regen das Rohr mit gegenphasigen Sendern von beiden Enden an


3) Ein Sender am linken Ende, ein Sender am rechten Ende in Gegenphase, Empfänger mittig

Die Druckmaxima liegen nun bei
........, ......., ........, ........, ........, ........, ........, ........, ........, ........, ...


(Es ist kein modales Verhalten mehr messbar ...)


Zusammengefasst:
Ein und dasselbe Rohr (oder ein auf eine ausgedehnte Dimension reduzierter vereinfachter 'Modell-Raum' ...) zeigt je nach Anordnung von Sendern und Empfänger folgendes Verhalten:

1) 100Hz, 200Hz, 300Hz, 400Hz, 500Hz, 600Hz, 700Hz, 800Hz, 900Hz, 1000Hz, ...
2) ........, 200Hz, ........, 400Hz, ......., 600Hz, ........, 800Hz, ........, 1000Hz, ...
3) ........, ......., ........, ......., ........, ........, ........, ........, ........, ........, ...


Damit zurück zur Eingangsfrage:
KlausR. hat geschrieben: ...
Wenn aber der Frequenzbereich, in dem die Positionen von Quelle und Empfänger das Geschehen nachweislich maßgeblich bestimmen, weit über die Schröder-Frequenz hinausgeht, stellt sich m.E. (die Frage) nach dem Nutzen dieser Frequenz.
...
Und weitere Fragen von mir zum konkreten Beispiel:

Wenn wir jetzt fragen, bei welcher Frequenz jeweils eine bestimmte modale Überlappung erreicht sei (*), werden wir dann unterschiedliche Ergebnisse für konkrete "Beschallungssituationen" 1), 2) und 3) (also je nach Lage und Art von Sendern und Empänger) bekommen ?

Hat sich die Frequenz für eine bestimmte zu erreichende modale Überlappung (z.B. MOF=1, MOF=2, MOF=3, ..., MOF=10) für das Rohr (den Modellraum ...) , welches in allen Fällen gleich blieb, nun geändert ?

Wie hoch müsste ich den Frequenzbereich wählen, damit in Fall 2) die Anzahl der gemessenen Druckmaxima in einem gegebenen Frequenzintervall "positionsunabhängig" würde ?

Wie hoch müsste ich den Frequenzbereich wählen, damit in Fall 2) die Anzahl der gemessenen Druckmaxima in einem gegebenen Frequenzintervall genauso hoch wie in Fall 1) würde ?

Ist im Fall 3), in dem überhaupt kein modales Verhalten messbar ist, die Frequenz für eine bestimmte modale Überlappung (z.B. MOF=3) eigentlich gestiegen oder gesunken ?


Und schließlich:

Ist die Freuqenz für das Erreichen einer bestimmten modalen Überlappung (z.B. an der Schröderfrequenz, wie sie derzeit definiert ist mit MOF=3) von einer konkreten Beschallungssituation abhängig ?

Anmerkungen dazu aus meiner Sicht:
Falls "ja", dann bräuchten wir die Angabe von Frequenzen, bei denen jeweils eine bestimmte geforderte modale Überlappung erreicht wird, für Räume überhaupt nicht mehr. Damit wäre u.a. auch die Schröderfrequenz nutzlos.

Die Schröderfrequenz und auch der Begriff der modalen Überlappung gehören jedoch beide noch zum Begriffsinventar der Raumakustik:

https://www.google.de/search?q=schr%C3% ... sAGB9qbYBA

https://www.google.de/search?q=schroede ... sAG0sbDABA


In einem vorangehenden Post hatte ich Gedanken geäußert, welches der Gegenstandsbereich und damit auch der potentielle Nutzen der

- Schröderfrequenz oder
- einer beliebigen modalen Überlappung MOF=N und der Angabe einer zugehöriger Frequenz zu ihrer Erreichung

sein könnte. Der Nutzen läge demnach nicht in der direkten Klassifizierung oder Bewertung von Beschallungssituationen .

Sondern vielmehr ergäbe sich eine mögliche Klassifizierung oder Bewertung von Beschallungssituationen (im Tiefton innerhalb eines konkreten Raums) erst aus einer Gegenüberstellung von Messdaten mit u.a. der Schröderfrequenz des Raums.

Das o.g. Beispiel mit dem Rohr dürfte m.E. der Vereinfachung und der Anschauung dienen. Mehr als Schulbuchphysik ist m.E. zum Verständnis nicht notwendig, denn die Frage nach dem "Nutzen" einer solchen Frequenz (z.B. für MOF=3), stellt sich auf einer anderen Ebene als der direkten Bewertung einer Beschallungssituation oder einer best. Beschallungstechnik.

Wenn die Messung einer Steady State Response in einem konkreten Raum an einem Hörplatz
bei einer bestimmten Glättung z.B. eine Welligkeit von +/-6dB im Bereich um 100 ...200Hz ergibt, dann ist dies anders zu bewerten, je nachdem ob die Schröderfrequenz des Raums bei 80Hz oder bei 200Hz anzusetzen ist: Erst dies lässt dann einen Rückschluss auf die (Qualität der ...) Beschallungssituation bzw. die Beschallungstechnik zu. Sinngemäß Gleiches trifft auf Messungen zur räumlichen Varianz der Schalldruckverteilung im Raum zu.

Will ich hingegen nur wissen "ab welcher Frequenz ist mein Ergebnis weitgehend unabhängig von LS Position und Empfängerposition" (z.B. bei einzelnem "Punktstrahler" als LS und "Kugelmikrofon" an versch. Positionen im Raum), und interessiere mich eigentlich gar nicht für eine Bewertung der Beschallungssituation im Verhältnis zu den objektiven akustischen Möglichkeiten des Raums, dann ist es völlig klar, daß ich deutlich oberhalb der Schröderfrequenz werde suchen müssen (vgl. mit o.g. unterschiedlichen Ergebnissen beim quasi "eindimensionalen" Rohr).

Um das zu verstehen, muss man aber m.E. keine Bibliothek über Akustik durcharbeiten und auch die Schröderfrequenz nicht verlegen ...


Grüße Oliver

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(*) Z.B. unter Annahme einer konkreten Resonanzgüte für die Eigenfrequenzen bei einer bestimmten idealerweise als frequenzunabhängig angenommenen Dämpfung.
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Zur Ergänzung ...

Suche nach "modal overlap factor room":
https://www.google.de/search?q=modal+ov ... sgG4mrfIBA

Wikipedia Artikel zu Prof. Manfred Schröder:
https://de.wikipedia.org/wiki/Manfred_Schroeder
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Double...Quadbass Array.........etc.
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