Begriffe zum Thema Akustik und Resonanzen
 

Eigenfrequenz

Die Eigenfrequenz ist jene Frequenz, bei der ein schwingungsfähiges System (In der Mechanik: Masse + Feder + Reibung) bevorzugt ins Schwingen gerät. Diese Resonanz wird bewirkt durch eine entsprechende Anregung mit einer Schwingung der gleichen oder fast der gleichen Frequenz.

Resonanz

Bezeichnung für die Eigenschaft eines schwingungsfähigen Körpers, eines Raumes oder auch einer elektronischen Schaltung (Schwingkreis), bei bestimmten Frequenzen bevorzugt mitzuschwingen, so daß eine Verstärkung dieser Frequenz auftritt. Dies führt zur Verschlechterung der Klangqualität oder gar zu Übertragungsstörungen (z.B. eine akustische Rückkopplung).

Die elektrische Analogie eines mechanischen Resonanzkreises (Schwingkreis) ist:
Masse [m] = Induktivität (Spule) [L]
Feder bzw. Nachgiebigkeit (Compliance) [C] = Kapazität [C] (Kondensator)
Reibung = Widerstand [R].

Die Resonanzfrequenz ergibt sich aus Masse und Federwirkung oder elektrisch betrachtet fr = (1 / (2pi * Wurzel(L*C)). Wie stark die Resonanz ausgeprägt (schmalbandig) ist, hängt von der Dämpfung (Reibungsverlust bzw. Widerstand) des Systems ab und wird als Resonanzgüte bezeichnet. Bei mechanischer Resonanz ist die Frequenz niedrig bei großer Masse und hoher Nachgiebigkeit (Compliance),

Raumakustik

Als Raumakustik wird die typische akustische Eigenschaft eines Raumes bezeichnet. Ein Ton verschwindet nicht sofort mit seinem Ende, sondern klingt mehr oder weniger lange nach. In einer Kirche ist er z.B. viel länger als in einem Wohnraum oder gar einem Studio zu hören.
Die Nachhallzeit gibt an, wie lange es dauert, bis der Schalldruck auf 1/1000 (um 60 dB) abgesunken ist.

Ein Raum mit einer zu kurzen Nachhallzeit klingt trocken, ihm fehlt "Atmosphäre", eine lange Nachhallzeit wirkt hallig und es mangelt an "Durchsichtigkeit". Für gute Sprachverständlichkeit muß die Nachhallzeit gering sein.

Für Musik gibt es je nach Raumgröße und Genre eine optimale Nachhallzeit. Der Nachhall entsteht dadurch, daß sich der Schall zunächst als Kugelwelle ausbreitet. In der Luft wird er dabei nur geringfügig absorbiert. Gelangt er zu einer Wand, so wird er dort, je nach Material, unterschiedlich stark absorbiert und reflektiert. In einem geschlossenen Raum wiederholen sich die Reflexionen mehrfach.

Ein weiterer unangenehmer Effekt ist das Flatterecho. Es entsteht vor allem an parallelen, gut reflektierenden Wänden. Ein einfaches Mittel zur Feststellung der Raumakustik sind Knallgeräusche (einmal in die Hände klatschen).

Im allgemeinen besitzen Räume mit einer "wohnlichen  und gemütlichen" Athmosphäre auch eine recht gute Akkustik.

Gut: Sitzmöbel aus Stoff, Gardinen vor den Fenstern, Regale,  Pflanzen, Naturholzmöbel, Fußboden Holz und Teppich.
Schlecht: Reiner Fliesen-Fußboden, kahle parallele Wände, Möbel aus dünner kunstoffbeschichteter Spanplatte, schwingender Fußboden. 

Schall

Schall sind mechanische Schwingungen im Hörbereich. Physikalisch betrachtet: Eine mechanische Schwingung in einem elastischen Medium. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit und die Energieabnahme beim Transport der Schwingungen ist abhängig vom schalleitendem Medium, weshalb man auch die Einteilung in Luft-, Wasser- und Körperschall vornimmt. Da Schall sich als Welle fortpflanzt, gelten für sie die Welleneigenschaften, wie Brechung, Beugung, Interferenz, Reflexion und Absorption (wie bei Licht).
Regelmäßige Schwingungen werden als Ton (Im physikalischen Sinne eine Sinusschwingung ohne Obertöne) bezeichnet, unregelmäßige als Klang oder Geräusch. Die letzteren bestehen immer aus einem Grundton mit überlagerten Obertönen. (Vilefache der Grundfrequenz mit unterschiedlichen Amplituden).
Dazu noch einige Fakten:

• Der Einschwingvorgang (Impuls) und die Obertöne geben einem Instrument die typische Klangfarbe.
• Eine Erhöhung der Lautstärke verändert auch den Klang. Bei  lauter Widergabe (Sprechen) enthält das Signal mehr Obertöne.
• Je höher der Grundton ist, desto weniger Obtertöne enthält er. Dadurch werden hohe Klänge durchsichtiger und klarer.

Luftschall 

Die Ausbreitung erfolgt, wie der Name schon sagt, über die Luft. Die Quelle ist das vom Lautsprechersystem (Schallwandler) gelieferte Musiksignal und die meist vorhandenen lästigen Raumresonanzen (Stehenden Wellen) im Baßbereich.

Körperschall

Ist Schall, der im Inneren von Körpern (Gehäuse, Stellfläche, Fußboden) geleitet wird. Er entsteht entweder durch Luftschall oder durch mechanische Beanspruchung der Grenzschicht. Dynamische Kräfte regen den festen Körper zu Biegeschwingungen an. Diese Kräfte sind:

Elektromagnetische Felder von Transformatoren die in das Gehäuse einkoppeln.

Beim Lautsprechersystem Rückstellkräfte die das Gehäuse in Vibration versetzten.

Lagergeräusche von Antriebsmotoren (Plattenspieler, CD-Player).

Mikrophonie

Trittschall 

Bei schlecht bedämpften leichten Dielenfußboden bzw. bei leicht schwingenden Gebäuden (Fachwerkhaus). Schallkopplung vom Fußboden bzw. das Gebäude über die Stellfläche auf die Geräte. Besonders unangenehm bei Schallplattenwiedergabe. Vorbeifahrende Autos, insbesondere LKWs bewirken natürlich das gleiche. Körper- und Trittschall wird meist zusätzlich als Luftschall abgestrahlt. 

Mikrofonie

Von Mikrofonie ist die Rede, wenn der abgegebene Luftschall der Lautsprechersysteme auf die Komponenten der Anlage zurück gekoppelt wird (Rückkopplung) und somit die Signalverarbeitung beeinflußt. Auch über Körperschall tritt dieses Phänomen auf. In diesem Fall werden Vibration des Lautsprechergehäuses über den Fußboden auf die Geräte zurückgekoppelt.

Folgende Baugruppen und Bauelemente sind mikrophonie-empfindlich : 

• Röhren 
• Tonarm mit Tonabnehmersystem 
• CD-Laufwerke 
• Systemquarz (Taktgeber) des CD-Players
• Schallplatte (wirkt als Membran)
• Kondensatoren, Widerstände
• Signalkabel

Mikrofonie bewirkt eine Modulation mit den Nutzsignal, so das dynamische Verzerrungen entstehen. Das Klangbild wird rauh und verschmiert.

Alle Arten von Daten- bzw. musikinduzierten Störungen wirken sich besonders Fatal aus, da hier das gerader abgestrahlte Signal, zusätzlich verfälscht (in Amplitude und Phase), leicht zeitversetzt, sich mit dem gerade in Bearbeitung befindlichen Musiksignal mischt (moduliert) ! 

Analogien sind unverkennbar: Hall, Daten-Induzierter Jitter, Verstärker-Rückkopplung alle führen zu Dynamischen Verzerrungen (TIM- und Gruppenlaufzeit- Verzerrungen)

Dämpfung

Dies ist die Umwandlung von Schallenergie in Wärme durch Reibung.
Luftschall-Dämpfung erzielt man mittels poröser oder faseriger Absorbtionsmaterialien mit hohem Absorptionsgrad. z. B.:

• Naturwolle z.B. Schafwolle, Mineral- oder Polyesterwolle
• Offenporige Schaumstoffe.
• Filz
• Absorberelemente zum optimieren der Raumakustik (Raumresonanz- und Reflexions- Dämpfung)

Körperschall-Dämpfung ist mittels Entdröhnbelägen und Grenzschichten möglich.
Dies wird bei Lautsprecher- und Gerätegehäusen z.B. durch aufgeklebte Bitumenplatten erreicht. Diese selbstklebenden Platten erhöhen an bestimmten Stellen der schwingenden Fläche die Masse und somit wird Energie entzogen.
Schall breitet sich, wie fast alle Wellentypen, in einem homogenen Stoff mit gleichbleibender Geschwindigkeit und Richtung aus. Beide ändern sich beim Übergang in einen anderen Stoff (unterschiedliche Dichte und unterschiedliche Elastizitätsmodule) an deren Grenzfläche (Schallbrechung). Inhomogene Materialien besitzen deshalb gute schwingungsdämpfende Eigenschaften. An den Grenzschichten wird durch Schallbrechung Schallenergie in Wärme umgewandelt (Energieverzehrende Materialien, Innere Dämpfung).
 

Innere Dämpfung und Materialklang

Ein Werkstoff hat dann einen hohen inneren Dämpfungswert wenn durch Kraftanregung (z.B. anklopfen) möglichst wenige und wenig ausgeprägte, gleichmäßig verteilte Resonanzen entstehen. Dies ist insbesondere bei Lautsprechermembranen nötig. Eine Membran muß stabil sein, d. h. sie muß den Hub möglichst ohne Verformung umsetzen, darf aber nicht in Partialschwingungen (Eigenklang) aufbrechen, der das Klangbild verschmiert.

Der mechanische Materialklang ist ein Teil des jeden festen Körpers anhaftenden Resonanzspektrums. Er ist unabhängig von den Abmessungen, aber abhängig von der mechanischen Spannung im Material und der Temperatur des Körpers. Gegenstände mit gleichen Abmessungen, aber aus unterschiedlichen Materialien klingen auch unterschiedlich. Jedes Material was mechanisch angeregt wird, gibt Schall wieder ab und prägt ihm eine eigenen materialspezifischen Fingerabdruck (Signatur) auf. Typischer Fall: Der Materialklang von Lautsprechermembranen ist absolut dominant. Der Materialklang wird als angenehm (warmer Klang) empfunden wenn die Temperatur erhöht ist. Glocken klingen nur angenehm wenn keine innere Spannungen vorhanden sind. Der Klang von Holz ändert sich mit dem Trocknungsgrad.    

Es gilt die Regel: Wenn Vibrationen und Materialklang schon nicht vermeidbar sind, dann sollen sie wenigstens für unser Gehör nicht störend klingen.

Dies trifft hauptsächlich zu auf natürliche Materialien wie gewachsenes Holz z.B. Fichte. Das Material aus dem seit Jahrhunderten Instrumente wie Violine, Viola und Cello gebaut werden. Auch akustische und elektrische Gitarren, sowie Klavier und Flügel habe ein Gehäuse (Klangkörper) aus Fichtenholz. Gute Instrumentenbauer wissen, dass auch der verwendete Lack entscheidend für den Klang ist (Siehe C37-Lack). 

Folgende Materialien und Aufbauten haben günstige Eigenschaften:

Lautsprechermembranen:

• Geschäumtes Pappier bzw. Papierguss  (Imprägniert und,  oder mit Lack beschichtet)
• Gewebe für Hochtonkallotten
• Spezielle Vliese getränkt mit speziellen Bindemitteln bzw. beschichtet mit speziellen Lacken. 

• Sandwich”-Konstruktionen (Verschiedene Materialien wie z.B. MDF (Mitteldichte-Faserplatte) und Multiplex). 
• Stabverleimtes weiches Massivholz (Kiefer, Fichte, Ahorn, ..) Harmonisches Resonanzverhalten
• Beton (nahezu Schalltot)
• Gehäuse mit Quarzsand-, und Stahl- oder Bleikugel- Füllung  (nahezu Schalltot)

• Naturstein (Schiefer, Sandstein, Granit, ..)
• Stabverleimtes weiches Massivholz (Kiefer, Fichte, Ahorn, ..) Harmonisches Resonanzverhalten
• Beton oder Betonsteine (Gartenbausteine)
• Porenbeton (z.B. Ytong)
• Pappierschichtaufbauten (z.B. Telefonbuch)
• Weichfaserplatten
• Birken-Sperrholz, (kreuzverleimtes) Birken-Multiplex
• Gehäuse mit Quarzsand-, und Stahl- oder Bleikugel- Füllung
• Knochenstein, Schamotstein.
• Mit speziellem Lack getränkte Filzpads (Wonder-Pads) auf Holzscheiben (Wonder-Stands).

• Buchen-Sperrholz, (kreuzverleimtes) Buchen-Multiplex
• Corian und Parapan (Kunststein aus natürlichen Materialien und Acrylpolymer)
• Sicomin (Sandwichkonstgruktion, Kohlefaser/Kevlar-Verbundwerkstoff) 
• Taktil (Tausende von Kunststoffröhrchen zu Blöcken verklebt und in Scheiben geschnitten)
• Zelfo Ein Kunststoff aus nachwachsenden Rohstoffen. Ein neuer Werkstoff auf Zellulosebasis der aus Holz, Hanf oder Flachs hergestellt werden kann.
• CFK (Kohlefaser verstärkter Kunststoff)
• RDC-Composit-Werkstoff (resonance deadening component - resonanzarmes Bauelement). Aufbau: Feingranulate mit speziellen Zwei-Komponenten-Harz als Bindemittel.
• Leichter Kunststoff namens R.C.I. (Resonance Controlling Interface)
• Holzverbundwerkstoff MDF (Mitteldichte-Faserplatte)
• Bitumierte Weichfaserplatten.
• Glasfaserlaminat
• Öl- der Kohlepulver gefüllte Dämpfungselemente

Homogene Materialien wie Metalle und Glas besitzen geringe dämpfende Eigenschaften (Hohe Dichte, gute Schalleitung) und damit meist eine ausgeprägte Resonanz. Aus diesem Grund werden Glocken ja auch aus Metallen wie Bronze und Messing hergestellt. Besonders stabil wirkende Materialien wie Alu, Titan, Stahl und Glas brechen bei Anregung in kräftige, schmalbandige Resonanzen auf.

Ungünstige Materialien für Lautsprechermembranen (Sie erzeugen ein unnatürliches Oberwellenspektrum):

• Bextren: Ein "natürlicher" Kunststoff aus Zellulose beschichtet mit Lack. Starke Materialresonanz bei 1.5kHz.. In den 60´ bis 70´Jahren von KEF und Audax eingesetzt. Wird heute nicht mehr verwendet.
• Polypropylen: Hohe innere Dämpfung, aber unnatürlich weiches und müdes Klangbild.
• Hartschaum  (KEF B139), Resonanzen im oberen Mitteltonbereich.
• Alu, Titan, Berillium (Starke metallisch klingende Resonanzen)
• Keramik (Einsatz im Hochtonbereich: Klingt unnatürlich kalt und überzogen)  
• Kohlefaser (Nicht schlecht aber teuer und ebenfalls Resonanzen am oberen Bereichsende)
• Kevlar-Honigwabenmembran (Eton, Focal, Aufwendig und teuer, ebenfalls Resonanzen am oberen Bereichsende)
• Die meisten Kunststoffe und Gemische (Kevlar-Faser, Carbon-Geflecht) 

• Harter Kuststoff
• Metall
• Nur MDF oder Spanplatte
• Spanplatten mit Resopalbeschichtung
• Dicke Lackschichten mit Kunstharzlacken

• Spanplatte mit Resopalbeschichtung (Holzimitat, Küchenarbeitsplatten)
• Glas
• Metalle
• Hell klingende Steine (z.B. Marmor)
• Gummi (-> Energiespeicher)
• Keramik

Hinweis:
Die Materialien und Aufbauten wurden verständlicherweise nicht alle von uns getestet, deshalb ohne Gewähr und ohne direkte Wertung. Zur Orientierung haben wir die von uns favorisierten Materialien fett markiert. Führen Sie den Klopftest durch. Je weniger Eigenklang bzw. je angenehmer ein Material klingt desto mehr ist es für Audio geeignet ! 

Brechung, Beugung, Reflexion, Interferenz

Brechung tritt an der Grenzfläche von zwei Medien mit unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten auf. Beim Übergang vom dünneren (Luft) ins dichtere Medium (Körper) wird die Welle zum Lot hin gebrochen.

Die Beugung einer Welle tritt an den Kanten und / oder Spalten auf. Hier ändert sich die Ausbreitungsrichtung, wobei die Wellen in das Gebiet hinter der Kante oder Spalte eingreifen.

Unter Reflexion (Totalreflexion) versteht man die Eigenschaft eines Körpers auftreffende Schallenergie möglichst verlustfrei abzulenken (Einfallwinkel = Ausfallwinkel).
Luftschall-Reflexion entstehen an glatten Oberflächen (Glatte Wand, Stein-, Fliesen- und Parkett- Fußboden, Glasscheiben, Tischfläche usw.
Körperschall-Reflexion: Die in einem festen Körper sich ausbreitende Schallwelle wird an den Grenzschichten zu einem anderen Medium (andere Dichte) gebrochen oder reflektiert. 

Interferenz: Wellen überlagern sich. 
 

Modulation

Unter Modulation versteht man die Überlagerung von Signalen (z.B. elektrische Spannung, elektromagnetische- oder Schall-Welle). Es werden grob drei Arten unterschieden:

• Amplituden-Modulation (AM)
• Frequenz-Modulation (FM)
• Phasen-Modulation (PM)

• AM: Überlagerung der Musiksignalspannung mit Brummstörungen , Rauschen oder Hochfrequenz. 
• FM: Bei Breitbandanwendung von Lautsprechern. Die feinen Hochtonsignale werden durch den viel größeren Hub des Basssignales überlagert.
• PM: Tritt zusammen mit FM auf. Durch den zeitlichen Versatz entsteht eine Phasenmodulation. 

Durch Absorption (Schallschluckung) wird Schallenergie aufgenommen und in Wärme umgewandelt. Die Absorption ist immer frequenzabhängig. Dazu muss aber die Reflexion der absorbierenden Oberfläche möglichst gering sein, z.B. dadurch, dass die Oberfläche möglichst groß und diffus reflektierend, porös, rau und das Material weich ist. Durch gleichzeitige große innere Dämpfung (weiches Material) wird auch die Köperschalleitung behindert.

Es werden folgende Absorberarten unterschieden:

Poröse Absorber sind leichte Materialen mit offenporiger Oberfläche, sie wandeln Schallenergie an der Oberfläche durch Reibung in Wärme um und wirken vor allem im Bereich von mittleren bis hohen Frequenzen (Höhenabsorber). Z.B.: Vorhänge, Teppiche, offenporige Schaumstoffe, Polyesterwatte, Noppenschaumstoff.

Plattenschwinger (Plattenabsorber bzw. Membranabsorber) sind biegeweiche Schalen oder Platten, die Schall in Bewegungsenergie umwandeln, ihren höchsten Wirkungsgrad aber bei der Eigenfrequenz erreichen. Die Oberfläche der Platten wird durch den Schalldruck zum schwingen angeregt. Durch die Luftpolsterung ergibt sich eine Federwirkung. Die innere Reibung in den Platten und Luftreibung im Füllmaterial entzieht Schallenergie. Sie wirken bei tiefen und mittleren Frequenzen, jedoch nur in einem engen Frequenzbereich. Mit zunehmendem Gewicht der Platte und dem Wandabstand nimmt die Resonanzfrequenz ab.  Im Wohnbereich kann dies z.B. eine Schrankwand, eine abgehangene Deckenkonstruktion oder eine nicht massive Wandkonstruktion sein (z.B. Gipskarton-Platten)

Kombinierte Absorber sind Kombinationen aus biegeweichen Konstruktionen mit gelochten oder geschlitzten Platten und einem dahinter aufgelegtem porösen Absorber und können gut auf die Frequenzen abgestimmt werden. Entscheidend sind die Dicke des Hohlraums, die Größe und Anzahl der Löcher, die Dicke der Platte (Flächengewicht).
Die günstigste Absorptionswirkung ergibt sich wenn der Strömungswiderstand des Materials von der Schallwelle aus gesehen kontinuierlich ansteigt.
Je kleiner die Schalldämmung (Absorption) , desto größer die Schallausbreitung (Transmission). 

Resonatoren (Bassfallen, Lochabsorber) Diese s.g. Helmholtzresonatoren sind im Prinzip Bassreflexgehäuse ohne eigenen Lautsprecher. Sie werden genauso wie diese auf eine Resonanzfrequenz abgestimmt (Raumresonanz), bei der sie dem Raum Schallenergie entziehen. 

Diffusion

Unter Diffusion versteht man die Fähigkeit eines Körpers auftreffende Schallenergie in möglichst viele Richtungen zu zerstreuen. Es ist auch die Rede von einer diffusen Reflexion, der Schall wird räumlich und zeitlich Verteilt. Diese diffusen Schallanteile in einem "kleinen" Raum, sind für eine hochwertige Akustik von besonderer Bedeutung.
Luftschall-Diffusion wird erreicht durch Pflanzen (Farne, Palmen .. mit vielen Blättern), Regale, z.B. auch CD-Regale, Möbel mit glatten ungleichmäßigen Oberflächen. 
Körperschall-Diffusion: Schall breitet sich in einem homogenen Stoff mit gleichbleibender Geschwindigkeit und Richtung aus. Beide ändern sich beim Übergang in einen anderen Stoff an deren Grenzfläche (andere Dichte). Umso mehr verschiedene Dichten und Grenzschichten ein Material aufweist desto höher ist die Diffusion und umso weniger Resonanzen können auftreten.

Raumresonanzen, stehende Wellen

Dieser in geschlossenen Räumen immer anzutreffende negative Effekt tritt durch Reflexion an Wänden auf (Raumrückwirkung). Die Schallwelle wird zurückgeworfen (Reflektiert) und überlagert sich mit der hinlaufenden Welle. Dies führt zu einer gegenseitigen Auslöschung oder zu einer Verstärkung. Als Resultat stellt sich eine „stehende Welle“ ein. Diese Welle weist im Raum Stellen mit maximalen oder minimalen Druck auf. Der Ton wird also als laut oder leise empfunden.

Abhängig von der Dimension (L * B * H) des Raumes bilden sich diese Eigenresonanzen (Moden) bei bestimmten Frequenzen. Neben den Hauptresonanzen (1. Ordnung) treten Vielfache davon auf. Für deren Entstehung gilt: Immer wenn der Abstand zweier paralleler Wände dem vielfachen der halben Wellenlänge (Lambda [m] = 344 [m/s] / Frequenz [1/s] ) entspricht.

Beispielraum: Länge = 5m, Breite = 4m, Höhe = 2.5m

Also ergeben sich folgende Längen-, Breiten-, und Höhen- Resonanzen für dem kritischen, schlecht zu bedämpfenden Bereich bis ~200 Hz bei: 

x-fr[Hz] = (n/x)*172, (mit x = L, B, H und n = 1,2,3...)

L-fr = 34, 68, 102, ...  Hz
B-fr = 43, 86, 129, ...  Hz
H-fr = 69, 138, 207,... Hz

Bei quadratischen Räumen bilden sich weniger verschiedene, dafür aber ausgeprägtere Resonanzen. Je ungleichmäßiger der Raum ist, z.B. bei schrägen Wänden um so mehr, dafür aber weniger ausgeprägte Resonanzen bilden sich, und diese stören weniger, oder gar nicht. Je höher die Frequenz, desto weniger hörbar ist der Effekt der stehenden Wellen. Der Grund: Hohe Frequenzen werden leichter von Gegenständen (Möbel) beeinflusst (Absorbiert, Reflektiert) . Übrigens: Bei kurzen Impulsen spricht man vom Flatterecho.

Stehende Wellen sind abgesehen von der schlechten unpräzisen Basswiedergabe (Dröhnen) ein Problem hinsichtlich der Mikrophonie. Alle Möbel, der Fußboden und die HiFi-Geräte im Raum werden über Luftschall und Körperschall angeregt. Dies betrifft besonderst die Analog-Plattenspieler. Hier wird durch Mitkopplung der Resonanzeffekt noch verstärkt.

Maßnahmen:

Die Hörposition sollte sich also möglichst im gemäßigtem Bereich befinden (Keine Maxima und Minima des Schalldrucks) um eine ausgewogene Basswahrnehmung zu erreichen. Die Position der Anlage hingegen sollte sich im Bereich eines Schalldruckminimas befinden um nicht angeregt zu werden.

Am stärksten werden die stehenden Wellen angeregt wenn die Schallquelle in unmittelbarer Nähe der Wand oder im Abstand n*Lambda/2, bzw. entsprechend L/n von der Wand des Raumes entfernt steht. Im Beispiel der Längenresonanz ergibt sich: L/2=2.5m,  L/3=1.66m+3.3m,  L/4=1.25m+2.5m+2.75m usw. 
Kleine Lautsprechersysteme (mit einer untere Grenzfrequenz von ca. 70Hz) können die unteren drei Resonanzen erst gar nicht anregen. Die 34 und 43 Hz Resonanz wird auch von großen Systemen nur selten angeregt, da diese Frequenzen in den meisten Musikstücken nicht vorkommen und der tiefe Ton eine gewisse Zeit anstehen (Orgelton) muß damit der Raum in seiner Resonanz einschwingt. Bei der Höhenresonanz ist normalerweise nur die 1. und 2. relevant, und diese können durch eine Basslautsprecher- und Bassreflexkanalhöhe von ca. 30-50cm minimiert werden. 

Eine wirksame Hilfe bietet also die geschickte Aufstellung der Lautsprechersysteme und der Anlage sowie der Einsatz unseres Subwoofersystemes mit zwei Subwoofern. Hiermit können bestimmte Resonanzen blockiert (absorbiert) werden. Der Einsatz von Bassfallen ist sehr aufwendig, immer nur für eine Abstimmfrequenz (fr) wirksam.

Befindet sich die Schallquelle (Basslautsprecher) im Abstand L=(n+0.5)*Lambda/2 vor der Wand so wird die stehende Welle nicht angeregt. Die gleiche Formel gilt für die Position des Hörplatz an dem eine geg. angeregte stehende Welle nicht wahrgenommen wird. Also Lautsprecher nie direkt an die Wand.

Beispiel:
2.-Längen-Resonanz 68Hz: Lamda/2 = 2.5m,  Wandabstand = 0+0.5 * 2.5 = 1.25 m
2.-Breiten-Resonanz 86Hz:  Lamda/2 = 2.0m,  Wandabstand = 0+0.5 * 2.0 = 1.0 m

Eine angenehme Basswahrnehmung ergibt sich im Abstand (0+0.5)*Lambda/4. => 0.63 und 0.5 m.

Bei der Aufstellung hilft auch hier die Formel des goldenen Schnittes 0.6 : 1 : 1.6. Werden die Lautsprecher diagonal aufgestellt kann dies auch helfen. 
 

Dämmung

Dies ist die Behinderung der Schallausbreitung. Also eine akustische Trennung (Isolation) bzw. Hemmung des Schalldurchgangs.

Luftschall-Dämmung erzielt man durch schalldämmende Wände z.B.:

• Lautsprechergehäuse
• Gehäuse um: Antriebsmotor, Trafo ...
• Die Hauswand zum Nachbarn

Körperschall-Dämmung wird durch Impedanzsprünge z.B. Abkopplung bzw. Entkopplung erreicht. 

• Gummi- oder Federelemente (Die Masse des Gehäuses bildet zusammen mit dem Federelement ein abgestimmtes Resonanzsystem)
• Resonanzabstimmung des Tonarmsystems (Nachgiebigkeit der Nadel, Auflagekraft, Lagereigenschaft). 
• Laminat- oder Parkettfußboden mit Zwischenschicht aus Weichfaserplatten oder Luftpolsterfolie.

Ankopplung

Man spricht von Ankopplung, wenn zwei Massen fest (verschraubt, verklebt) oder über eine kleine Fläche (Spike) durch die Gewichtskraft starr miteinander verbunden sind. Angekoppelt werden immer zwei Massen, eine "kleine Masse", z.B. Plattenspieler oder Lautsprecher, mit einer "großen Masse", z.B. Regal, Steinplatte oder Fußboden. 

Ziel ist es, dynamische Kräfte, die durch Bewegung im Gerät entstehen (Drehmomente, Rückstellkräfte), durch die Ankopplung einer vergrößerten gemeinsamen Masse zu eliminieren. Geräte sollten nur an massive Betondecken, schwere Steinfußböden oder sonstige massive Bauteile angekoppelt werden ! 

Der typische Anwendungsfall sind Spikes unter Lautsprecherboxen. Durch die Membranbewegung werden Kräfte an das Gehäuse abgeben. Wenn die Lautsprecherboxen zu leicht sind, oder auf einem hohen instabilen Ständer bzw. Untergrund (Teppich) stehen, wird ein Teil der Bewegungsenergie in Kippbewegung umgesetzt (Hebel). Die Folge ist ein unscharfes Klangbild, ähnlich einer verwackelten Fotografie.

Ein weiterer Anwendungsfall sind externe Antriebsmotoren von Plattenspielern. Diese sollten hart an eine große Masse angekoppelt werden um Vibrationen die durch das Drehmoment entstehen zu minimieren. Die Folge wären Gleichlaufschwankungen. 

Spikes haben zusätzlich die Eigenschaft einer Diode. Schwingungen des Untergrundes können über die kleine Spitze (minimale Fläche) nur geringfügig an das Gehäuse abgegeben werden (Sperrichtung), während in anderer Richtung eine direkte Ankopplung auf Grund der hohen Flächenkraft stattfindet (Durchlassrichtung).

Soll durch die Ankopplung der Körperschall und andere Vibrationen des Gerätes in den Untergrund abgeleitet werden (Resonanzableitung), so müssen spezielle harte (Alu oder Holz) Pucks verwendet werden. Spikes sind wegen der geringen Fläche und der Diodenwirkung ungeeignet. In diesem Fall muß natürlich der Untergrund Schallabsorbierend sein !
 

Entkopplung mit Hilfe von Impedanzsystemen.

Von weicher akustischer Entkopplung ist die Rede, wenn zwei Massen (Gerät und Untergrund) über eine Zwischenschicht quasi getrennt werden (Akustischer Isolator). Diese Zwischenschicht sollte im Idealfall nicht schalleitend, sondern schallabsorbierend sein. Entkoppelt (Isoliert) werden kann immer nur von der Stellfläche. D.h. die Körperschallleitung wird verschlechert. Die Luftschallaufnahme  ist nach wie vor vorhanden ! 

Stoffe mit inhomogener Struktur (ungleichmäßig) besitzen schlechte Schalleitungseigenschaften. Beispiele dafür sind Materialien die Schallenergie in Wärme umwandeln können, z.B. bestimmte Schaumstoffe, Sand und gewebte Stoffe.

Eine weiter Möglichkeit der Entkopplung bieten Konstruktionen die Schwingungskräfte nur in einer Richtung leiten können. Beispiele dafür sind Seilsystem z.B. SSC (String Suspension Concept),  CD - STR.
Geräte/Plattformen schwingen überwiegend vertikal, horizontal greift die Spannung der Seile.

Systeme mit Gummiriemen, sowie offenporige Schaumstoffe können ähnliche Wirkung haben.
Wirkungsvoll, aber nicht sehr praktikabel, ist es das Gerät (z.B. CD-Player) selbst mit Hilfe von Seilen im Rack aufzuhängen.

Oft wird Sorbothan (hochdämpfendes Elastomer) oder aus anderen Gummimischungen bestehenden Pucks zur Entkopplung eingesetzt.

Alle Entkopplungssysteme bilden ein Masse-Feder-Reibungs-System (Gerätemasse + Nachgiebigkeit + Reibungsverluste des Dämpfers) mit mindestens einer Resonanzfrequenz. Diese sollte(n) außerhalb des Audiobereiches liegen und stark bedämpft bzw. möglichst geringe Amplitude und gleichmäßige Verteilung aufweisen.

Je weicher die Feder und je größer die Masse ist, umso niedriger liegt die Resonanzfrequenz des Systems. Durch weiche Entkopplung wird die Resonanzfrequenz des Systems zu tieferen Frequenz (aus dem Hörbereich) verschoben. Das gleiche kann durch Erhöhung der Masse erreicht werden. 

Die Wirksamkeit ist sehr stark abhängig von der Abstimmung des Systems. Problematisch ist auch die Langzeitkonstanz. Die Feder (z.B. Spannung und Länge des Seiles) kann sich im laufe der Zeit ändern.
Das Nachspannen eines Seilsystems ist unumgänglich. Im allgemeinen wird Nylon-Seil verwendet, besser ist allerdings Kevlar-Seil. 
 

Harte Entkopplung (Filterung durch Diffusion)

Eine Sonderstellung bilden Gerätefüße aus besonderen Kunstoffen (Gummimischungen), Naturmaterialien  (Holz), Graphit und speziellen Lacken. Diese bewirken eine selektive Entkopplung. D. h. Gerät und Untergrund werden wie über ein mechanisches Filter miteinander gekoppelt. Diese Filter-Füße bewirken eine Verschiebung bzw. Veränderung des Resonanzspektrums, so das klangliche Veränderungen erreicht werden. Da diese Gerätefüße relativ hart sind liegt die System-Resonanzfrequenz im Mittel- und Hochtonbereich oder darüber.

Die Wirkung kann drastisch sein so das sich das Klangbild sofort wahrnehmbar verändert.

Die Anregung der Geräte durch Luftschall (Mikrofonie) soll vermindert und die Einkopplung des Schalls von angeregten Möbeln auf die Geräte unterbunden werden.

Dies kann durch Erhöhung der Gerätemasse (massiver Aufbau), kombiniert mit harter Ankopplung oder weicher Entkopplung bei leichten Geräten, bzw. labiler, beweglicher Kopplung erreicht werden.

Im zweiten Fall wird die Schallenergie quasi wie mit einem dreidimensionalem Stoßdämpfer durch die 
Kopplungspunkte vernichtet bzw. das Resonanzspektrum verändert.

Es gibt Grenzfälle, in denen die Entscheidung schwer fällt, ob Ankopplung oder Entkopplung zu einem besseren Ergebnis führen. Im Zweifelsfall hilft nur experimentieren.
 

C37-Lack

Die C37-Theorie von „Dieter Ennemoser“ besagt: 

Das menschliche Ohr ist ein mechanisches Gebilde und als solches ebenfalls mit Resonanzen behaftet. Diese Resonanzstellen sind materialspezifisch (Kohlenstoff bei 37°C Körpertemperatur, d.h. C37) und deshalb bei jedem Menschen gleich. 

Um ein korrektes Abbild seiner akustischen Umgebung zu bekommen werden diese (körpereigenen) Resonanzen vom Gehirn automatisch herausgefiltert. Der Auftrag des C37-Lack (oder der verschiedensten C37-Lacke) auf einen resonierenden Gegenstand soll genau dies bewirken. 

Mechanische Resonanzen eines jeden Körpers werden an dessen Grenzflächen reflektiert. Wird die oberste Schicht durch den Lack verändert, so ist dieser in der Lage dem lackierten Teil einen bestimmten Klangcharakter aufzuprägen.

Hier liegt laut Ennemoser also keine Resonanzbedämpfung sondern eine Änderung des Resonanzverhaltens (Resonanzspektrum) vor. Mit einer Bedämpfung wird versucht unangenehme Klänge zu verringern, was physikalisch möglich und auch zweckmäßig ist, aber dadurch noch keine bessere Klangqualität erzeugt.

Am ehesten einleuchtend erscheint eine Wirkung bei mechanischen Systemen wie Lautsprechern, Plattenspielern und auch Mikrofonen, da hier mechanische Resonanzen einen direkt ersichtlichen Einfluss auf das Musiksignal haben. Auch Bauteile wie Kondensatoren, Transistoren usw. modulieren durch Mikrofonie Verzerrungen auf das Musiksignal. 

Der (oder die) C37-Lack(e)  ist ein Natur-Harzlack-Gemisch der mit Balsamterpentinöl verdünnt wird. Er wird ausschließlich von D. Ennemoser produziert (Preis ca. 50,- € für 10ml !).
Die klanglichen Ergebnisse während der ca. 6-wöchigen Trocknungszeit variieren stark, was einmal mehr zeigt, welchen Einfluss die Mechanik auf den Klang hat. Nachdem das Lösungsmittel verdunstet ist, polymerisiert der Lack komplett durch (Polymerisierungsphase). Die Struktur der Molekularketten ist dann wohl für die Klangeigenschaften verantwortlich.

Die sagenhaften Klangeigenschaften von legendären Instrumenten (z.B. Strativari-Violine) wird ebenfalls zum Teil (oder größtenteils) den verwendeten Lacken zugeschrieben. Damals wie heute hat fast jeder Geigenbauer, bzw. jede Geigenbauregion, ihre eigene Geheimmischung. Dieter Ennemoser ist selbst Geigenbauer und HiFi-Fan. 

Unsere Erfahrungen mit dem C37-Lack sind sehr positiv. Vorsicht ist bei der Beschichtung von Hochtönern geboten. Die zwangsläufige Erhöhung der Masse kann zu deutlichen Einbusen der Dynamik und der Feinauflösung führen !

Andere "Audio-Lacke"

Eigene Tests mit verschiedenen anderen Lacken und Lackgemischen haben ergeben, das einige wenige andere Lacke, abhängig vom Einsatzbereich (Dämpfungs-Pads,  Membranbeschichtung, Bauteilelackierung …) ähnliche Eigenschaften aufweisen. Ob dies auf Dämpfung oder den "C37-Effekt" beruht wurde nicht näher untersucht.

Früher wurden Instrumente mit Naturlackgemischen behandelt. Hier einige Beispiele:  Burgunderharz, Burgundy (Fichtenharz), Kolophonium (Kiefernharz), Amber (Harz der Bernsteinkiefer), Copal (Baumharz eines Baumes aus Südmexico), Dammar (Harz eines Baumes aus Indonesien),  Terpentinöl (Destilliert aus Kieferbalsam), Schellack (Die Mutter aller Lacke aus den Ausscheidungen der indischen Lackschildlaus) usw.
Die ersten "modernen" Lacke waren z.B. Nitro-Zellulose-Lacke (NC). Dieser Lack besteht auch noch aus natürlichen Bestandteilen (Zellulose = Pflanzengrundstoff). Das lackierte Holz konnte frei atmen, schwingen und altern. Heutige Lacke sind synthetische Lacke (Kunstharzlacke) z.B.:  Polyuretan-Lack (PU , DD),  Acryl-Lack, Polyester-Lack, Alkydharz-Lack. Das Holz wird abgeschlossen, die Vibrationen werden ungünstig beeinflusst und bedämpft. 

Die alten Erkenntnisse über den richtigen Akkustiklack werden leider heutzutage kaum bei der Lautsprechergehäusekonstruktion berücksichtigt.

Sie können ihren eigenen C37-Material-Test durchführen: Pochen Sie mit dem Zeigefinger auf den Knochen hinter ihrem Ohr und dann, nahe dem Ohr, auf das zu untersuchende Material. Klingt es ähnlich ?
 

Resonanzverändernde,  lackgetränkte-Filz-Pads

Naturfilzscheiben dienen als Träger für einen Lack der auf Grund seiner Molekularstruktur Resonanzverändernde Fähigkeiten aufweist. Im Prinzip wird hiermit ein ähnlicher Werkstoff wie RDC verwirklicht. Dieser besteht z.B. im wesentlichen aus Acryl-, Gummi-Feingranulaten und speziellen Zwei-Komponenten-Harz.

Unsere Wonder-Pads (Masse ca. 1g) sind extrem, hart, druckbelastbar, und von Ihrer Masse nur geringfügig größer (ca. 0.1g) als der unbehandelte Filz. Eine Entkopplung (Federndes Element) im klassischen Sinn ist also nicht zu erwarten.
Die Wirkung ist ähnlich dem mit C37 behandelnden Gehäusen und Bauelementen.

Die Energie von schmalbandigen Resonanzen wird auf ein breites Frequenzband verteilt und kann deshalb nicht mehr störend auf die Geräte einwirken, bzw. wird so verändert, das er Gehör-Psychologisch nicht mehr als unangenehme empfunden wird. Der Werkstoff wirkt also wie ein Resonanz-Diffusor bzw. ein Filter (frequenzselektive Ankopplung).

Selbst unter Netzteilen, als Unterlegscheiben zur Befestigung von Platinen (auch bei Digitalschaltungen) sind sie Wirksam (Wonder -Pads, -Stands, -Slices).
 

Resonanzdämpfung an der Musikquelle, dem Tonträger:  Flache Scheiben für CD und LP

Datenträger wie z.B.: CD, DVD, SACD, LP sind natürlich auch nicht befreit von Vibrationen (Körperschall). Hier hat die Vibration direkten Einfluß auf das Quellsignal. Bei digitalen Datenträgern wird die Information in Form von nur ca. 0.1µm (1/10000 mm) tiefen Löchern (Pits) in der reflektierenden Oberfläche abgelegt. Bei der LP sind ebenso feine Konturen der modulierten Rille für Musikwidergabe verantwortlich. 

Die Vibrationen entstehen durch die Antriebsmechanik (Motor, Lager ..), durch interne Resonanzstörungen des Gerätes und durch Mikrophoniestörungen. Bei der LP führt zusätzlich die Reibung während der Abtastung der modulierten Rille zu Resonanzen. 

Bei digitaler Abtastung können die partialen Schwingungen der CD im 0.1µm Bereich nicht von der Laserstrahl-Fokusier-Regelung verarbeitet werden, was dazu führt das die Pits (0 oder 1) vom Decoder nicht eindeutig erkannt werden. Häufig kann die Fehlerkorrektur diese Lesefehler nicht mehr ausgleichen. Die verlorenen Daten werden somit durch Interpolation „erahnt“, was natürlich meist zu Qualitätsverlust führt. Die Veränderung des Resonanzverhaltens bei der digitalen Abtastung verändert zudem den korrellierten Jitter.
Bei analoger Abtastung führt die Vibration zwangsläufig zu einer Modulation bzw. einer Überlagerung mit dem Nutzsignal. 

Es ist also naheliegend diese Vibrationen durch Schalldämpfung bzw. Schalldiffusion an der Quelle zu bekämpfen. z. B. mit unserer Magic-Disc für CD bzw. LP
 

Resonanzen durch elektrische Signale

Die elektrischen Musiksignale bestehen nicht, wie so häufig auf Grund der Frequenzgang-Diagramme assoziiert wird, aus sinusförmiger Spannungen sondern aus einer zeitlichen Abfolge von Impulspaketen. Diese Signalform begründet sich in der Eigenschaft von Musik und den Ein- und Ausschwingvorgängen von Instrumenten. Der Einschwingvorgang und die Obertöne geben einem Instrument die typische Klangfarbe.

Diese ständig wechselnden Impulspakete bestehen aus einer Vielzahl von Frequenzen in unterschiedlicher Amplitude die in einem festen zeitlichen Zusammenhang (Phase) stehen.

Diese Spannungs- bzw. Strom- Impulspakete durchlaufen (nicht ideale) elektrische Bauelemente.
Nicht Ideal deshalb weil jeder Widerstand, Kondensator, Spule, Halbleiter, Röhre und jedes Kabel leider auch noch unerwünschte (parasitäre) Kapazitäten, Induktivitäten und Verlustwiderstände enthält, die auch noch frequenzabhängig sind. Die elektrischen Energiespeicher Spule (magnetische Energie) und Kondensator (elektrische Energie) bilden zusammen mit der Dämpfung in Form eines ohmschen  Widerstand immer einen elektrischen Schwingkreis der eine Resonanzfrequenz aufweist.

Im Rhythmus dieser Strompakete wird dieser Schwingkreis ständig neu zum schwingen angeregt (Energienachschub), ohne vielleicht jemals in den eingeschwungenen Zustand zu gelangen. 

Elektrischer Strom besteht aus Ladungsträgern (Elektronen) die natürlich auch eine, wenn auch sehr kleine, Masse besitzen. Diese sehr große Anzahl sehr kleiner Massen wird mit sehr hoher Geschwindigkeit ständig beschleunigt (bewegt). Es entstehen Kräfte, die an die Bauelemente abgegeben werden und diese zum Mitschwingen anregen. 

Angeregte, erzwungene Schwingung

Ein schwingungsfähiges System kann durch externe, periodisch veränderliche, Kräfte über eine Kopplung zum mitschwingen angeregt werden. Im Fall von Schwingungen an Gehäusen von HiFi-Geräten wird diese erzwungene Schwingung von außen durch Tritt-, Körper und Luftschall und von Innen durch Laufwerksgeräusche, Trafobrummen und durch Kräfte die in Bauelementen entstehen verursacht.

Das gekoppelte System:

Die schwingungsfähigen elektrischen Bauelemente sind über Platinen mit dem Gehäuse gekoppelt. Das Gehäuse ist über die Stellfläche (Rack) mit dem Fußboden gekoppelt. Die Lautsprecher sind über den Fußboden und über die Luft mit den Geräten Verbunden. Über die Kopplung beeinflussen sich die Bauteile gegenseitig. Die Kopplung kann auf Elastizität (nachgiebige Koppler) Reibung oder Trägheit beruhen. Durch die Kopplung entstehen neben der Erregerfrequenz auch noch Mischfrequenzen durch Schwebungseffekte.
 

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