Raummoden und Raummodenrechner

Wo sind Raummoden relevant ?

Raummoden sind besonders für kleine Räume, die für Musik genutzt werden relevant (hoher Anteil tiefer Frequenzen). Je größer das Raumvolumen wird, desto mehr verschieben sich die Raummoden zu den tiefen Frequenzen hin und verlieren an Bedeutung. Besonders betroffen sind Räume wie:

• Musikproberäume
• Tonstudio
• Heim-HIFI
• Heimkino

Der Raummodenrechner ermittelt die Raum- oder Eigenmoden rechteckiger Räume. Also Frequenzen bei denen eine erhöhte Nachhallzeit festzustellen ist, was für gewöhnlich vor allem zum Nachdröhnen im Bassbereich führt.

Was sind Raummoden

Breiten sich Schallwellen in Luft in einem geschlossenen Raum aus kommt es zu Reflexionen dieser Wellen an den Wänden und dadurch zum Nachhall des Schalls. Bedingt durch die Laufzeit zwischen solchen Reflexionen kann sich der Nachhall bei bestimmten Frequenzen länger halten. Der Widerstand, der die Schallenergie mit der Zeit verebben lässt, ist bei diesen Frequenzen geringer. Diese Frequenzen nennt man Raummoden.

Am einfachsten vorstellbar ist so etwas zwischen zwei Wänden. Die Abbildung zeigt das beispielhaft bei einer Raumlänge von 3,4m. Der Schall pflanzt sich mit etwa 340m/s fort. Dadurch ergibt sich bei 100Hz (100 Schwingungen pro Sekunde) eine Wellenlänge von 3,4m (100 Wellen passen in 340m zurückgelegten Weg). Bei der halben Wellenlänge und deren Vielfachen passt diese Welle nun perfekt zwischen die beiden Begrenzungen.

Die Abbildung zeigt dabei die Auslenkung der Luftmoleküle in der sich dort aufbauenden „stehenden Welle“. Bei den Knotenpunkten ist diese Auslenkung minimal. Der Schalldruck den unser Ohr wahrnimmt ist dort aber maximal. Überall dort, wo in dem Bild ein Knotenpunkt ist, wird die Frequenz 100Hz (das ist die Note G) also laut sein. Dazwischen wird sie so gut wie nicht zu hören sein. Für gewöhnlich wollen wir allerdings nicht, dass man je nach Position im Raum unterschiedliche Noten oder Instrumente lauter oder leiser hört.

Raumvolumen sind 3-dimensional, Luftmoleküle auch in alle Richtungen schwingen können. Moden sind daher nicht auf dieses einfachste Beispiel mit zwei Wänden beschränkt. Die Wände müssen auch nicht parallel sein damit sich Moden ausbilden können.

Erläuterungen zum Raummoden-Rechner

Nach der Eingabe der Raumdimensionen („Room dimensions“) wird darunter die Verteilung der Moden über die Frequenz angezeigt. Die Moden sind als Striche dargestellt. Lange Striche sind axiale Moden (zwischen zwei Wänden). Umso mehr Wände an der Mode beteiligt sind, desto kürzer und blauer ist der Strich.  Ziel ist es die Raumdimensionen so zu wählen, dass die Raummoden kontinuierlich mehr werden, also möglichst keine Lücken und Anhäufungen entstehen.

„Tune of the selected mode“ zeigt die Tonhöhe der selektierten Mode an, so wie das ein Stimmgerät für Instrumente tun würde.

Das „Bonello“-Fenster stellt das Ansteigen der Modenanzahl pro Frequenzbereich in Terzen dar.

Die Bolt-Area stammt aus einer Zeit als solche Rechner noch nicht möglich waren. In diesem Bereich (der Area) liegen vermehrt Räume deren Längenverhältnisse zu einer eher homogenen Modenverteilung führen.

Am Ende werden alle Moden in einer Tabelle aufgelistet. Dabei können nochmal die ermittelte Frequenz, die Tonhöhe und die Indices der einzelnen Moden abgelesen werden. Letztere beschreiben die Lage der Mode im Raum.

Je Mode werden 3 Indizes angegeben.
Der erste steht für die Länge, der zweite für die Breite, der dritte für die Höhe des Raumes.

Eine Mode hat an der Wand immer Druckmaxima.
Die Indices 1-0-0 stehen z.B. für die erste Längsmode. Das heißt an der Rück- und Vorderwand sind Druckmaxima. Die Mode ist dort gut anreg- ,hör- bzw. messbar. In der Mitte des Raumes ist ein Druckminimum und die Mode ist dort nicht hör- bzw. anregbar.
Die 2-0-0 Mode ist eine Oktave darüber. Sie hat also die doppelte Frequenz wie die 1-0-0er Mode.
0-1-0 steht weiters für die Mode, die sich über die Breite des Raumes aufspannt. Die Maxima sind damit an den Seitenwänden. In der Mitte ist auch hier ein Minimum.
0-0-1 schließlich kennzeichnet eine Mode zwischen Boden und Decke.

1-1-0 ist z.B. eine tangentiale Mode, sie entsteht zwischen vier Wänden. In diesem Fall in der Länge und Breite des Raums. Also zwischen Vorder- und Rückwand und den Seitenwänden.
Die Moden die zwischen allen 6 Wänden entstehen, also z.B. 1-1-1 nennt man im Englischen oblique (schief oder schräg). Im Rechner haben sie den kürzesten Strich. Sie haben an allen Raumbegrenzungen Maxima und sind damit überall dort auch gut messbar.

Messen der Moden:

Prinzipiell gilt, will man alle Moden messtechnisch erfassen, eignen sich die Raumecken besonders gut. Die Schallquelle gibt man in die eine Ecke, das Messmikrofon in eine andere Ecke. Das spiegelt dann am ehesten wieder was auch der Modenrechner anzeigt, nämlich alle Moden.
Will man sozusagen einer bestimmten Mode „nachgehen“, kann man anhand des Index sehen, zwischen welchen Wänden man den Verlauf zwischen Druckmaxima und -minima hören/messen kann.
Hat man eine fixe Hörposition, kann natürlich auch vorwiegend dort gemessen werden.

Es sind nie alle Moden an allen Positionen ein Problem. Wenn man die Möglichkeit hat die Schallquelle flexibel positionieren zu können, kann man sie so aufstellen, dass sie möglichst nicht die Moden anregt, die bei der Hörposition problematisch sind.

Was kann man gegen Raummoden tun

Der Rechner eignet sich vor allem dafür Raumdimensionen zu finden, die zu weniger störenden Auswirkungen durch Eigenmoden führen. Hat man die Möglichkeit eine oder sogar mehrere Raumdimensionen frei zu wählen, so kann man mit seiner Hilfe Abmessungen finden, bei denen es zu weniger Anhäufungen von Moden kommt. Indem Sie Raummoden beseitigen wird die raumakustische Optimierung, vor allem im Bassbereich, sehr vereinfacht.

Tieftonabsorber (Bassfallen) installieren

Durch Tieftonabsorber können die stehenden Wellen abgeschwächt werden. Diese Absorber müssen an den Flächen montiert werden, zwischen denen die Eigenfrequenzen auftreten. Am einfachsten achtet man dabei auf die 3 Indexwerte, die im Rechner zu jeder Mode angezeigt werden. Ist die erste Zahl 1 oder höher, wirken Absorber an der Vorder- und Rückwand. Ist die zweite Zahl 1 oder höher, wirken sie an den Seitenwänden, bei der dritten Zahl an Boden und Decke.

Kanten oder Eckabsorber

Kanten oder Eckabsorber haben den Vorteil auf 2 bzw. 3 Raumdimensionen einzuwirken. Die Schallabsorptionswirkung an den Kanten und Ecken ist in den tiefen Frequenzen besonders groß.

Es gibt eine Vielzahl an Kantenabsorbern aus Schaumstoff am Markt, welche aus akustischer Sicht für diesen Zweck gut geeignet sind.