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Grundsätzlich sind die physikali- schen Gesetze natürlich im Aufnah- meraum eines Studios und in einer Live-Situation (Konzertsaal) iden- tisch. Der Blickwinkel ist allerdings ein etwas anderer. Handelt es sich im Studio meist um akustisch opti- mierte Räume, die im Idealfall auch noch flexible Anpassungen durch Ab- sorber, Diffusoren oder Reflektoren ermöglichen, ist die Lage bei Live- Aufnahmen vor Ort anders gelagert und differiert von Mal zu Mal. Zu- mindest dann, wenn es sich nicht
um Aufnahmesäle handelt, die nach allen Regeln der Kunst akustisch op- timiert sind, sondern um Räume, deren Akustik „unbehandelt“ so ist, wie sie ist.
Das muss keinesfalls heißen, dass sie sich nicht für Aufnahmen eignen oder schlecht klingen, sondern le- diglich, dass sie nicht mit großem Aufwand für einen optimalen und kalkulierbaren Klang auf den Rän- gen und für professionelle Aufnah- men akustisch hergerichtet wurden.
Wer in der Carnegie Hall, der Berli- Von Michael Nötges
für Live-Aufnahmen
Raumakustik
Der Hallradius für einen Chor auf der Bühne beträgt rund 2,41 m bei voll be- setztem Haus, wobei der effektive Hallradius größer ist, da die Richtwirkung der Mikrofone und Stimmen zu einer Erweiterung führt
Die rund 12 m hohe Gewölbedecke des Aachener Krönungssaals wird von vier mächtigen Säulen gestützt; er bietet ein beeindru- ckendes Ambiente und einen imposanten Klang mit einer Nachhall- zeit zwischen vier und sechs Sekunden in leerem Zustand
In der dreiteiligen Serie „Grundlagen Raumakustik“ konnte Thorsten Walter bereits auf wichtige Aspekte der Akustik in Bezug auf Studio-und Aufnahmeräume hinwei- sen. Aber welches akustische Basiswissen ist bei der Live-Aufnahme eines Klangkör- pers im Raum entscheidend?
Basiswissen für die Praxis
Aulen oder Clubs hingegen, in denen viele Konzerte und kulturelle Veran- staltungen stattfinden, müssen die akustischen Gegebenheiten „hinge- nommen“ werden, um das Beste aus der jeweiligen Location herauszuho- len.
An dieser Stelle möchte ich nicht versuchen, das sehr komplexe The- ma Akustik umfassend darzustellen.
Vielmehr behandle ich konkrete Fra- gen, was zu beachten ist, um für eine Live-Aufnahmesituation gut gewapp- net zu sein. Dabei geht es speziell um die Aufnahme einer Schallquelle oder eines Klangkörpers im Raum, wobei letzterer als natürlicher Hall eine ent- scheidende Rolle spielt.
Vorab: Klingen der Instrumentalist, die Band, das Orchester oder der Chor in der jeweiligen Umgebung per se fürchterlich, weil durch die akustischen Gegebenheiten weder ein halbwegs linearer Frequenzgang noch eine einheitliche Nachhall- dauer gewährleistet ist, sollte am besten bereits im Vorfeld ein anderer Raum gewählt oder das Vorhaben grundsätzlich überdacht werden. Es geht eben nicht nur um die Auf- nahme der Schallquellen, sondern auch um das Einfangen der Raum- informationen. Ist kein Ortswechsel möglich, kann es hilfreich sein, alle Schallquellen möglichst nah zu mi- krofonieren, um den Einfluss des Raumes so gering wie möglich zu halten. Durch Raumsimulationen oder Halleffekte kann dann bei der Nachbearbeitung immer noch ein passabel klingendes Ergebnis erzielt werden. Aber diese Situation soll hier nicht im Fokus stehen.
Praxisbeispiel
Kürzlich wurde ich gefragt, ob ich das Jubiläumskonzert des St. Marien-Ge- sangvereins Aachen-Horbach aufneh- men könne. Der Meisterchor hat rund 75 ausschließlich männliche Mitglieder und das Konzert sollte im Krönungssaal des Aachener Rathau- ses stattfinden – so weit die groben Eckpunkte. Bei einer ersten Ortsbe- sichtigung stellte sich der monumen-
geben sein. Zum Zeitpunkt der Er- bauung des gotischen Rathauses im Jahr 1349 war der Krönungssaal üb- rigens standesgemäß der größte nichtkirchliche Saal des gesamten Heiligen Römischen Reiches. Unter- teilt ist der Saal durch vier mächtige Säulen, welche das Gewölbe stützen.
Boden, Decke und Wände sind aus Stein. Durch Fenster auf einer Längs- seite und in den Flankenwänden fällt angenehm das Tageslicht. Im Innern der festlichen Halle herrscht eine sa- krale, fast andächtige Stimmung.
Auch ohne ein professioneller Akus- tiker zu sein, liegt in diesem Raum eines auf der Hand: viel Hall. Denn zum einen hat der Saal eine große Grundfläche und verfügt zudem über eine hohe Gewölbedecke. Zum anderen bestehen die begrenzenden Flächen aus verputztem Mauerwerk oder Fenstern beziehungsweise Glas- türen = schallharten Flächen. Vor- hänge, Holzvertäfelungen oder
Folgendes ist dabei wissenswert:
Nach dem Reflexionsgesetz trifft der Schall stark vereinfacht gesagt auf eine Begrenzungsfläche und wird nach dem Prinzip „Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel“ reflektiert. Das ist zumindest theoretisch bei einer absolut schallharten Begrenzungsflä- che so. Zur Verdeutlichung kann das Bild einer Billardkugel, welche an der Bande abprallt, helfen. Neben der Re- flexion kommt es aber auch immer, in Abhängigkeit des Materials der Be- grenzungsfläche und der Frequenz, zu Transmission und Dissipation. Die Transmission beschreibt den Anteil des Schalls, der durch die Begren- zungsfläche hindurchtritt. Die Dissi- pation (Zerstreuung) beschreibt den Vorgang, bei dem die auftreffende Energie in Wärme umgewandelt wird. In der Akustik fällt beides unter den Begriff der Absorption. Ein offe- nes Fenster, sprich hundertprozen- tige Transmission, gilt also als eine vollständige Absorption.
Mit dem Reverbation Calculator (www.mh-audio.nl) lässt sich recht präzise die Nachhallzeit (RT60) eines Raumes anhand von Angaben über das Raumvolumen und die Materialien der Begrenzungsflächen bestimmen
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Zurück zur Situation: Der Schall wird reflektiert, verliert aber durch die absorbierenden Eigenschaften der Grenzfläche – Absorptionsgrad (α) – zunehmend an Energie. Der Absorptionsgrad beschreibt das Ver- hältnis von auftreffender zu absor- bierter Energie. Einmal davon abge- sehen, dass auch die Luft bereits in Abhängigkeit zur Temperatur und Luftfeuchtigkeit einen absorbieren- den Effekt hat, ergibt sich das Ab- sorptionsvermögen (A) einer Wand oder eines Absorbers aus dem Pro- dukt der Fläche (S) und dem Absorp- tionsgrad. Als Formel bedeutet das A
= αx S. Bei unterschiedlichen Mate- rialien berechnet sich das Absorpti- onsvermögen aus der Summe der Teilabsorptionsvermögen. Das be- deutet: A = α1 x S1 + α2 x S2 + … An dieser Stelle – und das ist der feine Unterschied – interessiert mich für die Aufnahme, welchen Einfluss das Publikum auf die akustischen Bedin- gungen im Saal hat und mit welcher Nachhallzeit zu rechnen ist. In wenig bedämpften Räumen bestimmt die Absorption des Publikums weitge- hend die Nachhallzeit. Deswegen ist dort das Raumvolumen pro Hörer entscheidend. Bei 8 bis 9 m³ pro Zu- hörer ergibt sich eine Nachhallzeit von etwa zwei Sekunden, die für mu- sikalische Darbietungen sehr gut ist.
Bei 6 bis 7 m³ liegt die Nachhallzeit bei rund 1,5 Sekunden, was für die Sprachverständlichkeit (Oper, Thea- ter) sehr gut, für Musik die untere Grenze des Akzeptablen darstellt. Au- ßerdem ist zu berücksichtigen, dass die Ausstattung des Saals mit Holz- stühlen oder Bänken die Akustik we-
sentlich mehr beeinflusst als mit Polsterstühlen. Am Beispiel des Krö- nungssaals hieße das: 9.900 m³ bei 800 erwarteten Gästen wäre ein Raumvolumen pro Zuhörer von rund 12 m³, wodurch eine Nachhallzeit von ungefähr 3,5 Sekunden zu erwar- ten wäre. Allerdings geht man bei sit- zendem Publikum in Reihen von maximal zwei Personen pro Quadrat- meter aus, was abzüglich der Gänge und des Bühnenbereichs eine Zu- schauerzahl von rund 1.600 Personen bedeuten würde. In diesem Fall läge das Raumvolumen pro Zuschauer bei 6 bis 7 m³ und die Nachhallzeit bei rund 1,5 Sekunden.
RT60-Berechnung
Der einfachste und genauste Weg, die Nachhallzeit zu bestimmen, ist eine Messung vor Ort. Dafür kann, wer es genau wissen will, ein Messgerät wie beispielsweise der AL-1 „Acoustilizer“
von NTi Audio (Listenpreis: 962 Euro) oder der XL2 aus gleichem Hause verwendet werden. Mittlerweile gibt es jedoch Apps wie „App-AcousticC“
(Android) oder das „Rev-Meter Pro“
für Apple-Produkte (siehe Screen- shots), mit denen die Nachhallzeit be- stimmt werden kann. Natürlich funktioniert die Berechnung auch ganz „analog“ per Formel: Die Basis- formel zur Berechnung der Nachhall- zeit geht auf den Physiker Wallace C.
Sabine (1868 - 1919) zurück. RT60 ist demnach die Nachhallzeit, welche der Schalldruckpegel eines Signals benö- tigt, um auf -60 dB abzufallen. W. Sa- bine fand heraus, dass sich die Nachhallzeit (T) proportional zum Raumvolumen (V) und umgekehrt proportional zur äquivalenten Ab-
sorptionsfläche (A) verhält. Wobei die Proportionalitätskonstante (k) 0,163 s/m beträgt. Die dazu passende For- mel: T= k x V / A.
Um es übersichtlich zu lassen, ver- zichte ich an dieser Stelle auf die de- taillierte Aufschlüsselung der Pro- portionalitätskonstante und der sehr komplexen Darstellung des Absorp- tionsvermögens, falls Luftabsorption und Oberflächenbeschaffenheit mit einbezogen werden.
In der bereits erwähnten dreiteili- gen Akustik-Serie (im Archiv auf www.tools4music.de für Abo-Leser kostenfrei zum Download) wurde bereits auf die holländische Seite www.mh-audio.nl verwiesen, die ei- nige interessante Tools zur akusti- schen Berechnung bietet. Mit dem
„Reverbration Calculator“ (siehe Screenshot), kann unter Berück- sichtigung unterschiedlicher Be- grenzungsflächenmaterialien sowie von Fenstern, Türen und anderer Reflexionsflächen die Nachhallzeit RT60 berechnet werden. Der Kal- kulator definiert nach Eingabe aller verfügbaren Parameter eine Nach- hallzeit von 4,32 Sekunden ohne und 2,41 Sekunden mit Publikum, wobei die Anzahl der Zuschauer nicht als Variable angepasst werden kann. Insofern handelt es sich hier um Annäherungs- werte, die versu- chen, möglichst genau der akusti- schen Situation zu entsprechen – eine hundertprozentige Vorhersage ist unmöglich.
Wofür wird die Nachhallzeit eigent- lich benötigt, wenn an den grundle- genden akustischen Gegebenheiten sowieso nichts zu ändern ist? Wir nähern uns des Pudels Kern. Denn Für Apple-Geräte gibt es die RevMeter Pro App für 4,49 Euro, womit direkte Mes-
sungen der Nachhallzeit im Raum möglich sind
Kostenlos ist die Android-App (RT AcousticC), mit der das Smartphone zum prakti- schen Nachhallzeit-Messgerät wird
miniert in unmittelbarer Nähe zur Schallquelle der Direktschall über den Diffusschall. Einfach gesagt ist die Schallquelle lauter als der Raum- anteil.
Mit zunehmender Entfernung von einer kugelförmig abstrahlenden Schallquelle verringert sich der Schallpegel mit jeder Entfernungs- verdopplung um 6 dB. Bei vielen Schallquellen liegt der Wert aller- dings in der Praxis bei rund 3 bis 4 dB aufgrund der gerichteten Ab- strahlcharakteristik. Der Schallpe- gel des diffusen Schalls ist dagegen im ganzen Raum nahezu gleich.
Nun ist es so, dass in einem bestimm- ten Abstand – genau das ist die Äqui- valent-Entfernung oder der Hallra- dius – zur Schallquelle die Schall- druckpegel von Direkt- und Diffus-
keineRichtungsinformationen bietet.
Um den Hallradius zu berechnen, be- nötigen wir das Raumvolumen und die Nachhallzeit, denn mit steigen- dem Volumen nimmt der Radius zu, verringert sich dagegen aber mit zu- nehmender Nachhallzeit. Über die sa- binesche Näherungsformel lässt sich der Hallradius angeben mit: rH = 0,057 x √V/T. Gehen wir jetzt von einer Nachhallzeit zwischen 2,41 (Calculator) und 3,5 Sekunden (Be- rechnung nach Volumen/Person), also im Mittel von rund 3 Sekunden, aus, ergibt sich ein Hallradius von 0,057x √9900m³/3s = 3,27 m. Womit die maximale Entfernung der Mikro- fone zur Schallquelle festgelegt wäre.
Bündelungsgrad und rH eff
In der Praxis weisen gerade Musikin- strumente mit steigender Frequenz
fasst. Dadurch lässt sich der „effektive Hallradius“ (rH eff) berechnen. Die erweiterte Formel:
rH eff = 0,057 x √ γx √V/T Bei Blechblasinstrumenten kann bei- spielsweise der Bündelungsgrad bei 10 kHz auf den Faktor 5 ansteigen, was den Hallradius um den 2,2-fa- chen Wert vergrößert. Hinzu kommt, dass außerdem durch den gerichte- ten Schallempfang der Hallradius vergrößert wird. Bei Kugeln ist der Faktor 1, bei nieren- und achtförmi- ger Richtcharakteristik erweitert sich der Hallradius um den Faktor 1,7, bei Supernieren um den Faktor 1,9, bei der Hyperniere um den Faktor 2 und bei der Keule liegt er noch darüber.
In der Aufnahmepraxis multiplizieren sich also die Korrekturen für die
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Schallabstrahlung und den Schall- empfang, wodurch bei der Verwen- dung von Nierenmikrofonen der Hallradius für hohe Frequenzen zwei bis fünf Mal so groß ist, wie mit der einfachen rH-Formel berechnet.
Sprich: Der Bündelungsgrad der Schallquelle und des Mikrofons muss als Variable in die Berechnung einbe- zogen werden. Da nicht genau zu sagen ist, wie der Bündelungsgrad beispielsweise bei einem Männerchor aussieht, würde ich bei der Berech- nung auf Nummer sicher gehen und den Korrekturfaktor für die Schallab- strahlung außen vor lassen. Aller- dings bleibt bei der Aufnahme mit Nierenmikrofonen (beispielsweise bei einer XY-Anordnung) zu berücksich- tigen, dass sich der Hallradius um den Faktor 1,7 vergrößert. In unse- rem Fall beträgt der effektive Hallra- dius dann 3,27 m x 1,7 = 5,56 m.
In welcher Entfernung genau die Mi- krofone innerhalb des Grenzradius zu positionieren sind (also das Fein-Tu- ning), wird auf Basis der Berechnun- gen durch Ausprobieren und Er- fahrungswerte bestimmt. Außerdem hängt es wiederum stark von der auf- zunehmenden Schallquelle ab.
Wichtig für eine möglichst unver- fälschte Aufnahme ist aber noch, dass die Mikrofone möglichst weit entfernt von den Begrenzungsflächen (Boden, Decke, Wände) und großflächigen Hindernissen (Säulen, Trennwände, Möbel oder Theken) ihre Position fin- den. Ansonsten bekommt man es mit Reflexionen, Schallbeugung oder - brechung zu tun und als Folge daraus mit unerwünschten Interferenzen, Auslöschungen und Verzerrungen (hier: Betonungen) bestimm-ter Be-
reiche des Frequenzgangs. Ein einfa- ches Beispiel ist die Tatsache, dass der Schalldruck direkt vor einer Wand um 6 dB höher ist. Wegen des dort vorherrschenden Druckstaus ist die Amplitude doppelt so groß. In Ecken beträgt der Anstieg 12, in Winkeln sogar 18 dB. In Abhängigkeit zur Schallabsorptionseigenschaft eines Hindernisses verändert sich der Fre- quenzgang.
Probleme kann es besonders in klei- nen Räumen auch mit parallelen Wänden und den daraus resultieren- den „stehenden Wellen“ geben. Die senkrecht auftreffende Schallwelle wird immer wieder von ihrer eigenen Reflexion überlagert, sodass sich an gewissen Punkten die Schallwellen auslöschen oder verstärken. Damit das Phänomen auftritt, muss aller- dings der Wandabstand gleich der halben Wellenlänge oder einem ganz- zahligen Vielfachen davon sein. Da die Auslöschungen oder Verstärkun- gen ortsgebunden sind, kann dieses Problem oft schon durch geringfügi- ges Verschieben des Mikrofons beho- ben werden.
An gekrümmten Flächen wie Säu- len (konvex), Gewölbe (konkav) ist Vorsicht geboten: Trifft eine Schall- welle auf eine nach innen gewölbte Fläche, können je nach Abstand der Schallquelle zur reflektierenden Fläche vier unterschiedliche Situa- tionen resultieren:
a) Der Abstand der Schallquelle zur reflektierenden Fläche ist grö- ßer als der halbe Krümmungsra- dius (r/2) der Fläche, aber kleiner als der Radius (r) selbst. Dann wird der gesamte reflektierte Schall in einem Punkt außerhalb des Krüm- mungsradius gesammelt.
b) Der Abstand der Schallquelle zur
reflektierenden Fläche ist gleich dem halben Krümmungsradius (r/2) der Fläche. Dann verlaufen die auseinan- derlaufenden Schallstrahlen nach der Reflexion parallel.
c) Der Abstand der Schallquelle zur reflektierenden Fläche ist klei- ner als der halbe Krümmungsra- dius (r/2) der Fläche. Dann streben die Schallstrahlen nach der Refle- xion auseinander und der Schall wird stark zerstreut.
d) Der Abstand der Schallquelle zur reflektierenden Fläche ist größer als der Krümmungsradius (r) der Fläche.
In diesem Fall ergibt sich eine noch größere Zerstreuung als in Punkt 3.
Besonders problematisch in Aufnah- mesituationen erscheint Situation a), da der gesamte Schall in einem Punkt gebündelt wird. Steht oder hängt in einem Gewölbe genau in diesem Knotenpunkt ein Mikrofon, ist mit einer stark verfälschten Aufnahme zu rechnen, da starke, zum Teil auch fre- quenzabhängige Betonungen zu er- warten sind. Konvexe Hindernisse wie Säulen haben hingegen einen we- niger entscheidenden Einfluss, denn unabhängig vom Abstand der Schall- quelle haben sie eine zerstreuende Wirkung und fungieren sozusagen als Diffusor.
Beugen und brechen
In diesem Zusammenhang seien der Vollständigkeit halber noch die Phä- nomene der Schallbeugung und Schallbrechung erwähnt, welche auftreten können, wenn der Schall auf Hindernisse trifft. Dabei gilt für die Beugung: Die Schallwelle muss in der Größenordnung gleich oder größer sein als die Ausdehnung des Gegenstandes, auf den sie trifft.
Dann wird das Hindernis von der
* eine Liste mit 450 Materialien gibt es unter http://mh-audio.nl/ReverberationTime.asp
Quelle: Dickreiter, Dittel, Hoeg, Wöhr: „Handbuch der Tonstudiotechnik“. Bd. 1. 7. überarbeitete und erweiterte Auflage. München: K. G.Saur Verlag ,2008.
Absorptionsgrade bei verschiedenen Frequenzen:
Material* 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1.000 Hz 2.000 Hz 4.000 Hz
Beton 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03
Putz auf Mauerwerk 0,02 0,02 0,03 0,04 0,05 0,05
Teppich 0,05 0,08 0,20 0,30 0,35 0,40
Akustikplatte 2 cm dick auf Wand geklebt 0,05 0,15 0,55 0,90 1,00 1,00
Akustikplatte 2 cm mit 2 cm Wandabstand 0,10 0,20 0,85 1,00 1,00 1,00
Vorhänge 0,05 0,10 0,25 0,30 0,40 0,50
ze Schallwellen reflektiert werden.
Die Wellenlänge des Hörschalls liegt zwischen 20 m und 2 cm. Für die Praxis bedeutet das, dass tieffre- quente Anteile um viele Hindernisse herum gebeugt, während hochfre- quente Anteile je nach Hindernis- größe reflektiert werden. Das Resul- tat: Hinter einem Hindernis wird der Klang durch die lineare Verzerrung dumpfer.
Die Schallbrechung ist die Rich- tungsänderung des Schallstrahls beim Übergang zu einem Medium mit anderer Schallgeschwindigkeit.
In der Akustik ist dieses Phänomen für die Absorption von Bedeutung, da beim Auftreffen einer Schallwelle beispielsweise auf eine Wand ein Teil reflektiert wird, aber durch die Schallbrechung auch Energie verlo- ren geht. Die Akustik eines Raums
eine Annäherung an den tatsächli- chen Zustand. Bei einer Live-Auf- nahme ist es entscheidend, wie groß der Raum ist (Volumen), welche Nachhallzeit er hat und welche bau- technischen Besonderheiten wie Ge- wölbedecken, Säulen, Trennwände, Fenster oder Vertäfelungen vorlie- gen.
Mithilfe der vorgestellten Formeln lässt sich der Hallradius recht prä- zise bestimmen und somit die Grenze für den Abstand zur Schall- quelle definieren, in der die Mikro- fone aufgestellt werden sollten.
Finale
Diese Orientierung soll dazu beitra- gen, die optimale Position der Schall- wandler in Abhängigkeit der Schall- quelle und der akustischen Gegeben- heiten zu bestimmen.
Akustik erläutern. ■
Noch Fragen?
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Handbuch der Tonstudiotechnik. Bd.1; K. G. Saur 2008 Görne, Thomas: Tontechnik; Carl Hanser Verlag 2011 Friesecke, Andreas:
Studio Akustik: Konzepte für besseren Klang; PPV Medien 2012 Hall, D. E.: Musikalische Akustik. Ein Handbuch; Schott 2008 Brüderlin, René: Akustik für Musiker:
Eine Einführung für Lernende, Ausübende und Musikliebhaber;
Bosse 1999
