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Vortrag in der Deutschen Kinotechnischen Gesellschaft am 13. Juni 1938 von Erwin Meyer

Es ist eine bekannte Erfahrung, daß der Höreindruck einer Schallquelle außerordentlich stark von der Umgebung beeinflußt wird. Eine Schallquelle im vollkommen freien Raum erzeugt reine fortschreitende Schallwellen, deren Hauptkennzeichen ist, daß die Intensität mit wachsender Entfernung sehr stark abnimmt.

Bringt man die gleiche Schallquelle in einen geschlossenen Raum, so wird die freie Ausbreitung der Schallwellen vollkommen gestört. Es treten an den Raum-Umfassungswänden Schallreflexionen auf, und bei einigermaßen gut schallreflektierenden Wänden kommt es dahin, daß die Schallintensität an allen Stellen im Raum die gleiche Größe hat. Wenigstens gilt dies für alle Punkte in einiger Entfernung von der Schallquelle.

Auf den Schallreflexionen an den Wänden beruht die Tatsache, daß Sprache oder musikahsche Darbietungen wesentlich größere Lautstärken erreichen, als es im Freien der Fall ist.

Den Schalleindruck eines vollkommen reflexionsfreien Raumes zu erhalten, ist nicht ganz einfach, weil auch im „Freien" die Erdbodenreflexionen stören. Man könnte an einen an einem Fesselballon hängenden Beobachter denken.

Leichter sind jedoch die Versuche, die man im Winter im Gebirge auf großen mit Schnee bedeckten Flächen anstellen kann, denn unter diesen Umständen, bei einer mehrere Meter dicken Schneeschicht, insbesondere bei Neuschnee fallen die Bodenreflexionen vollkommen weg; der Klang einer Schallquelle ist dann sehr eigenartig, sehr „trocken" und sehr leise.

Die Erfahrung zeigt, daß man eine in entgegengesetzter Richtung sprechende Person auf 5-10m kaum noch versteht, so stark ist die Schallabnahme in dieser Umgebung.

Man kann im Laboratorium solche extremen Verhältnisse nur unvollkommen nachbilden, die sog. schallgedämpften Räume der meßtechnischen Laboratorien, die etwa eine 0,5m starke Watteschicht oder Schlackenwolleschicht enthalten, sind zwar für die meisten Zwecke hinreichend, aber sie bilden das Freie doch nicht vollkommen nach.

Für die Zwecke der Tonfilmaufnahme sind jedoch die großen Hallen in stark gedämpftem Zustand, z. B. mit einer Schlackenwolleauskleidung genügend schallreflexionsfrei. Der Höreindruck im Freien wird sofort grundlegend geändert, wenn nur eine reflektierende Wand in der Nähe ist.

Ist der Abstand des Beobachters von der Wand klein, oder genauer gesagt, sind die Wegunterschiede zwischen direktem und reflektiertem Schallanteil klein, bleiben sie etwa unter 15m, so wird durch das Hinzutreten des reflektierten Schalles die Lautstärke wesentlich erhöht.

Es ist dies der Strutt-Aigner-Effekt, daß zwei Schallereignisse, die mit einem gewissen Zeitabstand und einer gewissen Klangfarbeänderung aufeinander folgen, sich wesentlich in der Lautstärke erhöhen, eine Erscheinung, die man bereits im Ultraphon ausgenutzt hat.

Wird der Wegunterschied zwischen direktem und reflektiertem Schall größer als 15m, ist die Zeitdifferenz also größer als 50ms, so fällt der Höreindruck direkter Schall ./. reflektierter Schall mehr und mehr auseinander, bis schließlich ein ausgesprochenes Echo auftritt; das ist ein in der Raumakustik sehr gefürchteter Fall, der praktisch immer in Kuppelräumen mit entsprechender Krümmung der Kuppel auftritt.

Rundhorizonte in Tonfilmateliers dürften ohne schalltechnische Behandlung bisweilen ähnliche Effekte erzeugen.
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Der normal sehende Mensch hat es im allgemeinen verlernt, die durch die Schallreflexionen im Raum entstehenden gehörmäßigen Veränderungen einer bekannten Schallquelle zu erfassen und die einzelnen Einflüsse voneinander zu trennen, wohl aber haben viele Blinde, die für ihre Orientierung nur auf das Gehör angewiesen sind, die Fähigkeit, aus dem Schalleindruck in einem Raum auf seine Größe und auf seine sonstigen Eigenschaften zu schließen.
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Nach dieser Einleitung wollen wir kurz feststellen, welche physikalischen Größen für den Höreindruck einer Schallquelle in einem Raum maßgebend sind.

Von der Schallstärke bzw. subjektiv ausgedrückt von der Lautstärke haben wir bereits gesprochen. Bei konstanter Schalleistung einer Schallquelle ist die in einem Raum sich einstellende Schallstärke ein Maß für die Dämpfung und die Größe eines Raumes; je größer der Raum oder je stärker die Wände den Schall schlucken, um so geringer ist die sich einstellende Schallstärke.

Mit ihrer Größe hängt auf das engste die Nachhallzeit des betreffenden Raumes zusammen. Unter Nachhallzeit eines Raumes versteht man diejenige Zeit, innerhalb deren die Schallenergie auf den millionsten Teil des Anfangswertes abfällt, nachdem die Schallquelle ausgeschaltet ist.

Diese rein physikalische Definition stimmt ungefähr auch mit derjenigen Zeit (Nachhallzeit) überein, die man bei normalen Schallquellen, wie Orchesterdarbietungen, Orgelmusik, Gesang, rein subjektiv empfindet.
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Nach der heutigen Anschauung ist die Nachhallzeit eines Raumes eine der entscheidenden Größen. Für jede Benutzungsart eines Raumes gibt es sog. optimale Nachhallzeiten, das sind diejenigen Größen, bei denen der Raum am besten der betreffenden musikalischen Darbietung angepaßt ist.

Wir wissen aber auch, daß die Nachhallzeit nicht die allein maßgebende Größe ist, sondern daß weitere physikalische Eigenschaften wichtig sind, die insbesondere der geometrischen Raumakustik angehören.

Die Stärke des direkten Schallstrahls (Schallquelle zum Beobachter) ist in Zusammenhang mit den Rückwürfen, die innerhalb einer Zeit von 50ms danach den Beobachter treffen, für den Gehöreindruck zweifellos sehr entscheidend.

Insbesondere ist hierbei die Schallrichtung wichtig, mit der das Empfinden für die Breite und Tiefe einer Schallquelle verbunden ist. Diese Wahrnehmungen werden hauptsächlich durch den zweiohrigen Gehöreindruck vermittelt.

Gerade in dieser Beziehung ist die elektroakustische Übertragung im Rundfunk wie auch beim Tonfilm gegenüber dem Normalhören (im Konzert) benachteiligt, da ja, abgesehen von einigen Versuchen, nur eine einkanalige Übertragung ausgeführt wird.

Die Anwendung von Mikrophonanordnungen, die den direkten Schallstrahl durch Richtwirkung bevorzugen und damit die Intensität des direkten Schallstrahls im Verhältnis zu den reflektierten Schallanteilen erhöhen, ist nur ein mäßiger Ersatz für eine zweiohrige Übertragung.
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Schallrichtung und räumliche Ausdehnung einer Schallquelle gehören zweifelsohne ebenso zur Charakterisierung des betreffenden Schalles wie etwa das Frequenzspektrum.

Ich möchte an dieser Stelle auf das von Herrn Dr. Becker gegebene Beispiel hinweisen, daß Regen auf Sandboden und Gehen auf Sandboden eine sehr ähnliches Frequenzspektrum haben, der Gehöreindruck trotzdem ein gänzlich anderer ist, weil das eine Mal eine große schallabstrahlende Fläche, das andere Mal nur eine örtlich begrenzte sich bewegende Fläche vorhanden sind.

In welcher Weise direkter Schall und Nachhall in einem Raum miteinander gekoppelt sind, ersieht man aus Bild 1. Es zeigt die Nachhallkurven für eine hohe Frequenz in einem Hörsaal, dessen beide Längswände vollkommen mit Vorhängen zugezogen werden können.

Die Ordinaten in den einzelnen Abbildungen sind die Schallpegel in dezibel unterhalb des Ausgangsniveaus (Schallpegel im Moment des Abschaltens), die Abszissen sind die Zeiten in Sekunden. Die Aufnahmen sind vor der Schallquelle und in großer Entfernung von der Schallquelle gemacht worden.

Das Wesentliche an Bild 1 ist, daß vor dem eigentlichen Nachhallvorgang eine plötzliche Abnahme der Schallintensität zutage tritt, die auf den direkten Schallstrahl von der Schallquelle zum Mikrophon zurückgeht. Dieser Abfall, der für den Höreindruck außerordentlich wichtig ist, ist um so größer, je näher man sich an der Schallquelle befindet und je gedämpfter der Raum ist, auch von der Richtwirkung der Schallquelle hängt er ab. Von ihm hängt auch die Verständlichkeit ab.

Man hat die Nachhallzeit für das gesamte in Frage kommende Tonhöhengebiet von etwa 100 bis 4.000 Hz zu messen und erhält dadurch die Nachhallfrequenzkurven. Auch hier gibt es bestimmte optimale Bedingungen, genügend frequenzunabhängiger Verlauf im mittleren Tonhöhengebiet, geringer Anstieg nach den tiefen Tönen zu. Die sog. Schallschluckstoffe, die heute auf dem Markt sind, erlauben, praktisch jede gewünschte Nachhallfrequenzkurve zu erzielen.
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Wir unterscheiden drei Gruppen von Schallschluckstoffen. Zunächst sind die sog. porösen Schallschlucker zu erwähnen, die in ihrer unbehandelten Form übrigens dem Architekten nicht so ganz angenehm sind. Ihre Wirkung beruht darauf, daß sie an der Oberfläche und im Inneren eine Unzahl von feinen und feinsten Kanälen haben, in die der Schall eintritt und in denen er durch Reibung vernichtet wird.

Zu dieser Gruppe von Schallschluckern gehören Stoffe wie Glaswolle, Schlackenwolle, Watte, Filz, Vorhangstoffe, auch feste Materialien, wie Holzfaserplatten der verschiedensten Art, Gasbeton, Iporit und auch gewöhnliches unverputztes Ziegelmauerwerk.

Die porösen Stoffe zeichnen sich dadurch aus, daß sie die tiefen Töne verhältnismäßig wenig, die mittleren und hohen Töne dagegen sehr stark schlucken, so daß besonders bei kleinen Raumabmessungen durch gehäufte Anwendung von porösen Schallschluckstoffen ein tieftöniger Höreindruck entstehen kann.

Kleine Räume zeigen nämlich schon von sich aus ausgeprägte, in großem Frequenzabstand voneinander befindliche Resonanzstellen. Im Grunde genommen stellt ja jeder Nachhallvorgang nichts anderes dar, als das Abklingen der freien Eigenschwingungen des Raumes.

Nur sind diese in großen Räumen und für hohe Töne so zahlreich, daß sie im einzelnen gar nicht auffallen. Auf die tiefen Eigentöne kleiner Räume (es genügen auch schon zwei einander parallele Wände für die genannte Erscheinung) ist im Atelier besonders zu achten.

Abdecken poröser Stoffe mit gelochten Blechen, gelochten Holzplatten oder dgl. macht ihre Anwendung dem Architekten etwas sympathischer, verteuert aber gleichzeitig die Benutzung.

Die zweite Gruppe von Schallschluckstoffen sind die sogenannten schwingungsfähigen festen Materialien. Hierzu gehören hohlliegende Holzplatten, Wachstuch oder Aluminiumfolie- Abdeckungen, Papierbehänge oder dgl. Diese Stoffe sind für die Anwendung in der Praxis recht brauchbar. Sie haben die Eigenschaft, daß sie die tiefen und mittleren Töne besonders gut schlucken und damit ein Gegengewicht zu den porösen Schallschluckern bilden.

Sie haben aber nicht die hohen Schallschluckzahlen der porösen Stoffe, auch nicht, wenn man die hinter den Platten oder Folien liegenden Hohlräume mit porösen Materialien anfüllt. Durch Wahl des Gewichtes der schwingungsfähigen Stoffe und durch geeigneten Abstand der Stoffe von der Wand ist man in der Lage, das Hauptgebiet der Schallschluckung in einem großen Frequenzbereich hin und her zu schieben.
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Die dritte Gruppe von Schallschluckstoffen sind auch schwingungsfähige Stoffe, aber in luftförmiger Form als sogenannte Resonatordämpfer. Dies ist übrigens eine Konstruktionsform, die offensichtlich schon einmal im Altertum angewandt worden ist.

Wenigstens geht dies aus den Aufzeichnungen Vitruvs hervor; die berühmten „Gefäße des Vitruvs" sind schwingungsfähige Luftresonatoren gewesen, und auch in den altchristlichen Kirchen findet man heute noch in den Bogen der Vierung eingemauerte Gefäße.

In der praktischen Ausführung kann man solche Luftresonatoren z. B. durch eine Lochsteinwand in einem Abstand vor einer festen Wand ausführen, wobei die Löcher der Lochsteine natürlich senkrecht, nicht parallel zur Begrenzungswand stehen müssen.

Die Bilder 2 und 3 zeigen Beispiele für die erste und zweite Gruppe der Schallschluckstoffe. In ihnen sind die Schluckzahlen in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen; sie bestätigen das vorher Gesagte.

Die Messungen wurden nach der Hallraummethode ausgeführt; Bild 2 zeigt noch nebenbei, welche Streuungen der Meßergebnisse auftreten, wenn einmal der Hallraum des Instituts für Schwingungsforschung (160 m3), das andere Mal das Wasserschloß des Walchenseekraftwerks (13000 m3) als Versuchsraum benutzt wird.

Zum Schluß dieser kurzen Einführung in die Raumakustik mögen noch einige Beispiele von Nachhallzeiten bekannter Räume gebracht werden.

Bild 4 zeigt den Frequenzgang der Nachhallzeit des Völkerschlachtdenkmals. Da hier nur poröse Schallschluckung am Beton, gegebenenfalls auch noch Schallabsorption in Luft vorliegen, fällt die Nachhallzeit mit wachsender Frequenz sehr stark ab. Ähnliche Frequenzgänge mögen leere Atelierhallen haben.

Im Gegensatz dazu zeigt Bild 5 Frequenzgänge von Konzerträumen in unbesetztem Zustand. Das Zusammenwirken von poröser und schwingungsfähiger Absorption hat Maxima der Nachhallzeit im mittleren Frequenzgebiet zur Folge.

Vor einiger Zeit sind unter diesen Gesichtspunkten von Helmbold eine ganze Reihe von Lichtspieltheatern Berlins durchgemessen worden, die in der Regel einen viel zu starken Abfall der Nachhallzeit mit wachsender Frequenz aufweisen.

Wichtig ist natürlich das Verhalten des Raumes im publikumsgefüllten Zustand. Der Einfluß des Publikums ist außerordentlich groß. Leider sind die Messungen der Nachhallvorgänge im besetzten Raum besonders schwierig, weil die Zuhörerschaft nicht gut mit den für die Messung notwendigen Heultönen beschallt werden kann.

Es werden hierzu vielmehr, wie Bild 6 zeigt, gewisse Stellen von Orchesterdarbietungen als Schallquelle benutzt, um die Nachhallzeit zu bestimmen. Beispiele solcher Meßergebnisse zeigt Bild 7; es sind die "Philharmonie" und die "Staatsoper Unter den Linden" im besetzten und unbesetzten Zustand.

Der Einfluß des Publikums in der Philharmonie ist wesentlich größer als in der Staatsoper, die schon im leeren Zustand sehr gedämpft ist. Bemerkenswert sind trotz der großen Raumgröße die sehr kurzen Nachhallzeiten der Staatsoper, die wesentlich die gute Verständlichkeit bedingen.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß die allgemeine physikalische Forschung auf raumakustischem Gebiet und die Entwicklung der Schallschluckstoffe im besonderen es möglich gemacht haben, in allen Fällen denjenigen raumakustischen Eindruck zu erreichen, den man erzielen möchte.

Natürlich sind hier auch gewisse Grenzen gesetzt. Es ist beispielsweise nicht möglich, Schallvorgänge, die in einem großen Raum sich abspielen sollen, in einem kleinen Raum so zu kopieren, daß der Gehöreindruck genau der gleiche bleibt. Wenn man jedoch, wie es in der Tonfilmtechnik meist üblich ist, die wirklichen Räume für die Handlung einigermaßen im Atelier nachbildet, so dürfte auch durch konsequente Anwendung der raumakustischen Mittel der dem Bild eigene Gehöreindruck zu erreichen sein.

Bild 1. Nachhallkurven für 2048 Hz, Hörsaal, 470 m3 groß
Bild 2. Poröse Schallschluckstoffe. Vergleichsmessurig
Bild 3. Schallschluckung von Sperrholz und Packpapier; a ohne, b mit
Hohlraumdämpfung
Bild 4. Nachhallzeit im Völkerschlachtsdenkmal, 22000 ma
Bild 5. Nachhallzeiten verschiedener Räume
Bild 6. Nachhall bei 512 Hz in der Philharmonie, Berlin, besetzt
Bild 7. Nachhallkurven der Philharmonie in Berlin und der Staatsoper
in Berlin, a mit, b ohne Besetzung