Stehende Wellen und Raummoden

Außer den beschriebenen frühen Reflexionen, die bei der Musikproduktion vor allem in den mittleren und höheren Frequenzbereichen störend auffallen, ergeben sich im Raum andere unangenehme akustische Phänomene bei tieferen Frequenzen. Bassfrequenzen verfügen über recht große Wellenlängen, ein 100 Hz Ton hat z.B. eine Wellenlänge von ca. 3,4 Metern. Ist der Raum nun 3,4 Meter lang, so passt diese Welle exakt zwischen die beiden Wände. Zur Vereinfachung stellen wir uns am besten eine einfache Sinuswelle vor. Wird die Welle nun reflektiert, so überlagert sich die reflektierte Welle mit der Originalwelle. Da die Wellenlänge genau dem Abstand zwischen den beiden Wänden entspricht, liegen die Wellentäler und Wellenberge der sich überlagernden Wellen exakt übereinander, verstärken sich und bilden im Raum stehende Wellen. Man kann sich vorstellen, wenn man als Zuhörer nun genau im Wellental sitzt, hört man zu weniger tiefe Frequenzen. Sitzt man dagegen genau im Maximum der Welle (Wellenberg), so hört man deutlich zu viel Bass. 
Man kann die stehenden Wellen im Raum sehr einfach nachvollziehen. Dazu stellt benötigt man lediglich einen Sinusgenerator, mit dem man über einen Lautsprecher Sinustöne in den Raum schickt. Hat man die Resonanzfrequenz einer Raumdimension eingestellt, so kann man die stehende Welle erkunden indem man sich durch den Raum bewegt. Geht man parallel zur Fortpflanzungsrichtung der Welle, so hört man, wie man durch Wellenberge und -täler „wandert“, denn die Lautstärke ändert sich. Bewegt man sich im rechten Winkel zur Fortpflanzungsrichtung, bleibt der Pegel stets konstant. Geht man auf einem Wellenberg, ist der Sinuston laut, läuft man dagegen durch das Wellental, ist er leiser.
Die Frequenz dieser stehenden Wellen, die man auch als Resonanzfrequenz des Raums bezeichnet, hängt immer von den Raumdimensionen wie Länge, Breite und Höhe ab, man spricht bei diesen raumabhängigen, statischen Phänomenen auch von so genannten Raum-Moden. Der Effekt erzeugt letztlich im Bassbereich das bekannte Dröhnen des Raums, auch “Booming“ genannt.
Bei den Moden unterscheidet man zwischen verschiedenen Typen. Die Raum-Mode erster Ordnung ergibt sich aus der Frequenz, deren halbe Wellenlänge dem Abstand zweier gegenüberliegender Wände entspricht. Da man es aber nicht nur mit zwei Wänden, sondern mit einem dreidimensionalen Raum zu tun hat, ergeben sich noch tangentiale (zweidimensionale) und oblique Moden (dreidimensional). Besonders in den Raum-Ecken - hier treffen ja zwei Begrenzungsflächen aufeinander - hat man mit tangentialen Moden zu tun.
Betrachtet man die Zusammenhänge zwischen Wandabständen und Resonanzfrequenzen,  wird schnell deutlich, dass es ungünstige und günstige Raumproportionen für Studio-Räume gibt. Ein würfelfähiger Raum ist das Schlimmste, was einem im Bereich der Studio-Akustik passieren kann, denn im Würfel sind alle Seiten gleichlang. Völlig unregelmäßige Räume, ohne parallele Wände sind dagegen ideal. Da man an jeder Stelle mit anderen Wandabständen zu tun hat, dominieren auch keine speziellen Resonanzfrequenzen. Die Berechnung solcher Räume ist allerdings wesentlich komplizierter.
Unterhalb welcher Frequenz die beschriebenen Phänomene hörbare Verzerrungen des Frequenzgangs produzieren, können Physiker als „Schröderfrequenz“ aus dem Raumvolumen und der Nachhallzeit errechnen. Bei üblichen Wohnräumen liegt dieser Wert unter ca. 300 Hz.
Je größer der Raum wird, desto mehr verschieben sich die Raummoden frequenzmäßig nach unten, bis sie irgendwann an Relevanz verlieren, doch kaum ein Wohnraum dürfte kaum so groß sein, dass diese Effekte wirklich an Bedeutung verlieren.
Wir haben in der Regel stets mit mindestens drei verschiedenen Resonanzfrequenzen, entsprechend der Raumdimensionen (Länge, Breite, Höhe) des Raumes zu kämpfen, doch das Phänomen ist noch weitaus komplexer:
Wenn die 100 Hz Welle exakt einmal zwischen die gegenüberliegenden Wände eines Raumes passt, dann passt eine 200 Hz Welle exakt zweimal dazwischen, eine 400Hz Welle viermal usw. Das bedeutet, dass die Vielfachen der Resonanzfrequenzen ebenfalls stehende Wellen erzeugen, die sich wiederum mit den Wellen der einfachen Resonanzfrequenzen überlagern.
Wenn man nun noch bedenkt, dass der Klang nicht nur Sinustöne, sondern äußerst komplexe Wellenformen enthält, so wird schnell klar, dass man es im Raum mit einem regelrechten „Wellensalat“ zu tun hat. Dazu kommt, dass dieser Wellensalat an jeder Stelle im Raum eine andere Zusammensetzung hat. Daher lässt sich alleine mit dem Verändern der Lautsprecheraufstellung sowie der Abhörposition schon so manches Problem minimieren.

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