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          Akustik und Sprachverständlichkeit
             in Kirchen und Konzertsälen
          Dipl. Phys. K.-H. Lorenz-Kierakiewitz
      Peutz Consult GmbH, Düsseldorf www.peutz.de   1




                 Übersicht

Raumakustik

Sprachverständlichkeit

Konzertsäle

Kirchen

Herkömmliches Beschallungskonzept

Innovatives Beschallungskonzept

Raumakustik und Beschallung: Normen


                                                    2




                                                        1
Akustische Übertragung: Einfluss des Raumes

  Reflexionen                                    Amplitude




                                                                                     Zeit
                                           RIA Konzertsaal Viersen 6.4.98 Hinten Rechts Platz 656
                                      V
                                     60
                                     40
                                     20
                                      0
                                     -20
                                     -40
                                     -60

                                               0.2    0.4     0.6     0.8     1.0    1.2        s
  Impulsantwort / ETC (Energy Time Curve)                                                           3




 Einfluss der Raumakustik auf Verständlichkeit


        Direktschall
                                                                        Direktschall

                                                                        Nachhallzeit
                                 Nachhall

                                                                        Nachhallpegel

          Frühe Reflektionen
                                                                        Verständlichkeit:

                                                                        Verhältnis
                                                                        Direktschall/
                                                                        Nachhallpegel
                                                                                                    4




                                                                                                        2
Beispiel für gute Raumakustik (für Konzerte):
 Concertgebouw Amsterdam



             Plateau


                                   Regelmäßiges Ausklingen




                                                             5




Raumakustik: Basisparameter Nachhallzeit


                            4⋅6⋅ln10 V V
                       T =
                        Sab         ⋅ ~
                                c    A 6A
                                      tot
     60 dB




                           1,8 s

                                         Nachhallzeit
                                                             6




                                                                 3
Raumakustik: Basisformen



  Rechteckig: zerstreuend   Konkav: konzentrierend




                                                     7




Kuppel vs. Quader




                     37 m                            8




                                                         4
Die Kuppelproblematik: Echogefahr!




                                                                  9




Kuppeln: Hohlspiegel

               ,Klopfgeist’:
                  Starkes Echo: man hört alles zweimal
  ∆t ≥ 50 ms
                  Hoher Schallpegel
                  Reduzierte Sprachverständlichkeit (Handyecho)

∆L≥ 4 dB
  ≥




                                                                  10




                                                                       5
Einfluss der Raumakustik
Problemräume Verständlichkeit

  Typische Problemräume:    Typische       Probleme:

    o   Flughäfen            o   zu viel   Nachhall

    o   Fabrikhallen
                             o   zu lange Distanzen
    o   Stadien
                             o   zu große Volumina
    o   Bahnhöfe
                             o   zu hoher Störpegel
    o   Tunnels
                             o   kompliz. Geometrie
    o   Glasfoyers
    o   Kirchen            ⇒Sprachverständlichkeit
                            gering
    o   Konzertsäle                                            11




Raumakustik: Beispiele für Konzertsäle
                            Concertgebouw
                            Amsterdam




                            Tonhalle Düsseldorf
                                           Royal Albert Hall




                                                               12




                                                                    6
Gute Akustik für Konzerte: Concertgebouw A’dam



                             18
                              m




 23 m
                                  Nachhallzeit besetzt: 2,2 s


                               Events: Konzerte, Vorträge
                                                                13




Raumakustik: Royal Albert Hall London




                              Nachhallzeit besetzt: 2,6 s


                                  Events: Konzerte, Pop,
                                  Sportveranstaltungen...



                                                                14




                                                                     7
Raumakustik        Tonhalle Düsseldorf


                    Nachhallzeit besetzt: 2,1 s


                     Events: Konzerte, Pop,
                     Sprachveranstaltungen




                                                  15




Raumakustik und Sprachverständlichkeit: Kirchen

KIRCHEN

 Einfluss der Raumakustik:

 Nachhallzeit: 2 … 12 s (!)

 ⇒ dadurch zu geringe

 Sprachverständlichkeit

 Oft sehr ungünstige Raumform

 Querhaus,Emporen, Kuppeln


                                                  16




                                                       8
Raumakustik: Beispiele für Kirchen

                                    St. Aposteln, Köln
                                    (Nachhallzeit 7 s.)




St. Jacob, Den Haag             St. Jan, Den Bosch




                                                                               17




    Sprachliche Informationsübertragung
 Sprachverständlichkeit ist viel komplexer als Indikatoren
{Klarheitsmaß (C50), Deutlichkeit (D50) und Speech Transmission Index (STI)}
                              suggerieren!
                         Psycho-physikalische Ebene
                            Physikalische Ebene
       Idee!
                  i=1
          Sp
             re
                                 Nachhall
                                 Nachhall
                  ch
                    en
                          Sprachschall
                                                   Hö
                             Verzerrung              ren
                          Störschall               i<1       Idee ?

                         Reiner Übertragungsweg
                                                                               18
                     Mit Sprecher-/Hörereinfluss




                                                                                    9
Messung der Sprachverständlichkeit

Messung der Parameter C50, D50, STI                              E0−80 ms
                                              C80 = 10dB ⋅ log
                                                                 E80 ms −∞
alles nur Indikatoren für Verständlichkeit!

Gültig nur bei bestimmten Randbedingungen

Messen von Sprachverständlichkeit?

Möglich NUR mit Wortlisten

   viele Testhörer, statistische Auswertung, aufwändig




            Klarheitsmaß
                                                                             19




 Indikatoren für Sprachverständlichkeit: CIS




                                                   CIS > 0,7 :

                                                   STI > 0,5

                                                   ALcons < 12%
                                                                             20




                                                                                  10
Indikator für Sprachverständlichkeit: ALcons

Faktoren ALcons (Peutz ‚71):
                                                      π
 Q: Bündelungsgrad (-3 dB);     Q=
                                            π ⋅ϕHor   π ⋅ϑVert 
                                          
                                     arcsin sin
                                                      ⋅ sin     
                                                                    
                                            360°   360° 
  Dci: krit. Abstand                                     QV
                                         D ci = 0 . 2          (m )
                                                          T 60
   V: Volumen; T60: Nachhallzeit @ 1.4 kHz


  Vorhersage
  jenseits Dci:                    ALcons = 9T60 + a (%)
a: Nullkorrektur [ 1.5% - 12.5%], Maß für Professionalität Sprecher/Hörer

                                               200 D 2T60
                                                        2
   Vorhersage                     ALcons     =            +a
   diesseits Dci:                                QV | Q, T: 1.4 kHz         21




                ALcons: Abstandsabhängigkeit




                                          Dci: krit. Abstand
                                                                            22




                                                                                 11
Innovativ: Vorhersage der Verständlichkeit
ALcons ermöglicht Bestimmung der Richtcharakteristik:

           200d 2T60
                   2
ALcons   =           +a ⇒
             QV
            200d 2T60 Lsn
                    2              QAS,min:   min. Bündelungsgrad

QAS , min =           *
                                   ALmax:
                                   d:
                                              max. zuläss. ALcons
                                              Abstand weitster Hörer
            V * AL max Lsus        LSUs:      # Lsp für Direktschall dort
                                   LSn:       # Lsp total im Raum

Das heißt:         je weniger Quellen umso mehr
                   Direktschall erzeugen, desto besser !

                        ⇒ Q muss möglichst hoch sein
                                                                            23




     Herkömmliches Beschallungskonzept

Dicht beim Hörer: Das „viele-ungerichtete-Quellen”-Konzept




Standardkonzept
leider auch in
Kirchen!




   Problem 1: Echos durch fehlende Delays

   Problem 2: Erregung künstlichen Nachhalls
              durch schwache Bündelung                                      24




                                                                                 12
Innovatives Beschallungskonzept

Diese Erkenntnis resultierte 1992-94 in der Entwicklung
stark richtender, aktiver Säulenlautsprecher durch Peutz

1. Anwendung: Flughafen Schiphol 1994

   Raumakustik-Messquelle:      Q=1

   Menschliche Stimme:          Q = 2,5

   Normaler PA-Lautsprecher:    Q=3-5

   Passive Säulenlautsprecher: Q = 5 - 10

   Aktive Säulenlautsprecher:   Q = 15 - 40 (!)
                                                           25




    Innovative Beschallungskonzepte

  Aktive Säulenlautsprecher:      Q = 15 - 40 (!)

  Durch extrem starke
  Bündelung wird Direktschall
  über weite Entfernungen
  nur minimal abgeschwächt:




                                                           26




                                                                13
Beratung guter Sprachverständlichkeit

Unabhängigkeit des Beraters

   Bedürfnisanalyse

   Nutzungsprofil

   Anforderungs-Pflichtenheft

   Möglichkeit objektiver Nachprüfung

   Simulation und Prinzipdesign einer Anlage, die
   Anforderungen erfüllt

   Empfehlungen für bauliche Optimierung der Raumakustik    27




    Beratung guter Sprachverständlichkeit

   Erstellung & Begleitung der Ausschreibung

   Bewertung der Anbieter auf Grundlage der Anforderungen

   Kontrolle der Ausführung

   Abnahmemessungen und Funktionskontrolle

   Prozessesbegleitende Prüfpunkte garantieren Ergebnis:

Gute Sprachverständlichkeit

   ⇒ Sicherheit      für den Auftraggeber

   ⇒ Nachhaltigkeit der Maßnahme

   Kosten unerheblich verglichen mit Nachbesserungen!       28




                                                                 14
Raumakustik und Beschallung: Normen



DIN 18 041                 Hörsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Räumen                  2004

                           Acoustics – Measurements of the Reverberation Time of Rooms
ISO 3382                                                                                  1997
                           with Reference to Other Parameters

                           Sound system equipment – Part 16: Objective Rating of Speech
EN-IEC 60268-16                                                                           2003
                           Inteligibility by Speech Transmission Index

IEC 60849 (DIN EN 60849)   Elektroakustische Notfallwarnsysteme                           1998

                           Gefahrenmeldeanlagen für Brand, Einbruch und Überfall -
VDE 0833-4:2007-09         Teil 4: Festlegungen für Anlagen zur Sprachalarmierung         2007
                           im Brandfall
                           Veranstaltungstechnik – Tontechnik – Teil 5: Maßnahmen zum
DIN 15905-5                vermeiden diner gehörgefährdung des Publikums durch hohe       2007
                           Schallemissionen elektroakustischer Beschallungstechnik




                                                                                                 29




       Akustik und Sprachverständlichkeit
       in Kirchen und Konzertsälen - Ende
               Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!




                                      www.peutz.de

                                                                                                 30




                                                                                                      15

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Akustik und Sprachverständlichkeit in Kirchen und Konzertsälen

  • 1. prolight+sound mediasystems 2008 Akustik und Sprachverständlichkeit in Kirchen und Konzertsälen Dipl. Phys. K.-H. Lorenz-Kierakiewitz Peutz Consult GmbH, Düsseldorf www.peutz.de 1 Übersicht Raumakustik Sprachverständlichkeit Konzertsäle Kirchen Herkömmliches Beschallungskonzept Innovatives Beschallungskonzept Raumakustik und Beschallung: Normen 2 1
  • 2. Akustische Übertragung: Einfluss des Raumes Reflexionen Amplitude Zeit RIA Konzertsaal Viersen 6.4.98 Hinten Rechts Platz 656 V 60 40 20 0 -20 -40 -60 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 s Impulsantwort / ETC (Energy Time Curve) 3 Einfluss der Raumakustik auf Verständlichkeit Direktschall Direktschall Nachhallzeit Nachhall Nachhallpegel Frühe Reflektionen Verständlichkeit: Verhältnis Direktschall/ Nachhallpegel 4 2
  • 3. Beispiel für gute Raumakustik (für Konzerte): Concertgebouw Amsterdam Plateau Regelmäßiges Ausklingen 5 Raumakustik: Basisparameter Nachhallzeit 4⋅6⋅ln10 V V T = Sab ⋅ ~ c A 6A tot 60 dB 1,8 s Nachhallzeit 6 3
  • 4. Raumakustik: Basisformen Rechteckig: zerstreuend Konkav: konzentrierend 7 Kuppel vs. Quader 37 m 8 4
  • 5. Die Kuppelproblematik: Echogefahr! 9 Kuppeln: Hohlspiegel ,Klopfgeist’: Starkes Echo: man hört alles zweimal ∆t ≥ 50 ms Hoher Schallpegel Reduzierte Sprachverständlichkeit (Handyecho) ∆L≥ 4 dB ≥ 10 5
  • 6. Einfluss der Raumakustik Problemräume Verständlichkeit Typische Problemräume: Typische Probleme: o Flughäfen o zu viel Nachhall o Fabrikhallen o zu lange Distanzen o Stadien o zu große Volumina o Bahnhöfe o zu hoher Störpegel o Tunnels o kompliz. Geometrie o Glasfoyers o Kirchen ⇒Sprachverständlichkeit gering o Konzertsäle 11 Raumakustik: Beispiele für Konzertsäle Concertgebouw Amsterdam Tonhalle Düsseldorf Royal Albert Hall 12 6
  • 7. Gute Akustik für Konzerte: Concertgebouw A’dam 18 m 23 m Nachhallzeit besetzt: 2,2 s Events: Konzerte, Vorträge 13 Raumakustik: Royal Albert Hall London Nachhallzeit besetzt: 2,6 s Events: Konzerte, Pop, Sportveranstaltungen... 14 7
  • 8. Raumakustik Tonhalle Düsseldorf Nachhallzeit besetzt: 2,1 s Events: Konzerte, Pop, Sprachveranstaltungen 15 Raumakustik und Sprachverständlichkeit: Kirchen KIRCHEN Einfluss der Raumakustik: Nachhallzeit: 2 … 12 s (!) ⇒ dadurch zu geringe Sprachverständlichkeit Oft sehr ungünstige Raumform Querhaus,Emporen, Kuppeln 16 8
  • 9. Raumakustik: Beispiele für Kirchen St. Aposteln, Köln (Nachhallzeit 7 s.) St. Jacob, Den Haag St. Jan, Den Bosch 17 Sprachliche Informationsübertragung Sprachverständlichkeit ist viel komplexer als Indikatoren {Klarheitsmaß (C50), Deutlichkeit (D50) und Speech Transmission Index (STI)} suggerieren! Psycho-physikalische Ebene Physikalische Ebene Idee! i=1 Sp re Nachhall Nachhall ch en Sprachschall Hö Verzerrung ren Störschall i<1 Idee ? Reiner Übertragungsweg 18 Mit Sprecher-/Hörereinfluss 9
  • 10. Messung der Sprachverständlichkeit Messung der Parameter C50, D50, STI E0−80 ms C80 = 10dB ⋅ log E80 ms −∞ alles nur Indikatoren für Verständlichkeit! Gültig nur bei bestimmten Randbedingungen Messen von Sprachverständlichkeit? Möglich NUR mit Wortlisten viele Testhörer, statistische Auswertung, aufwändig Klarheitsmaß 19 Indikatoren für Sprachverständlichkeit: CIS CIS > 0,7 : STI > 0,5 ALcons < 12% 20 10
  • 11. Indikator für Sprachverständlichkeit: ALcons Faktoren ALcons (Peutz ‚71): π Q: Bündelungsgrad (-3 dB); Q=   π ⋅ϕHor   π ⋅ϑVert   arcsin sin   ⋅ sin     360°   360°  Dci: krit. Abstand QV D ci = 0 . 2 (m ) T 60 V: Volumen; T60: Nachhallzeit @ 1.4 kHz Vorhersage jenseits Dci: ALcons = 9T60 + a (%) a: Nullkorrektur [ 1.5% - 12.5%], Maß für Professionalität Sprecher/Hörer 200 D 2T60 2 Vorhersage ALcons = +a diesseits Dci: QV | Q, T: 1.4 kHz 21 ALcons: Abstandsabhängigkeit Dci: krit. Abstand 22 11
  • 12. Innovativ: Vorhersage der Verständlichkeit ALcons ermöglicht Bestimmung der Richtcharakteristik: 200d 2T60 2 ALcons = +a ⇒ QV 200d 2T60 Lsn 2 QAS,min: min. Bündelungsgrad QAS , min = * ALmax: d: max. zuläss. ALcons Abstand weitster Hörer V * AL max Lsus LSUs: # Lsp für Direktschall dort LSn: # Lsp total im Raum Das heißt: je weniger Quellen umso mehr Direktschall erzeugen, desto besser ! ⇒ Q muss möglichst hoch sein 23 Herkömmliches Beschallungskonzept Dicht beim Hörer: Das „viele-ungerichtete-Quellen”-Konzept Standardkonzept leider auch in Kirchen! Problem 1: Echos durch fehlende Delays Problem 2: Erregung künstlichen Nachhalls durch schwache Bündelung 24 12
  • 13. Innovatives Beschallungskonzept Diese Erkenntnis resultierte 1992-94 in der Entwicklung stark richtender, aktiver Säulenlautsprecher durch Peutz 1. Anwendung: Flughafen Schiphol 1994 Raumakustik-Messquelle: Q=1 Menschliche Stimme: Q = 2,5 Normaler PA-Lautsprecher: Q=3-5 Passive Säulenlautsprecher: Q = 5 - 10 Aktive Säulenlautsprecher: Q = 15 - 40 (!) 25 Innovative Beschallungskonzepte Aktive Säulenlautsprecher: Q = 15 - 40 (!) Durch extrem starke Bündelung wird Direktschall über weite Entfernungen nur minimal abgeschwächt: 26 13
  • 14. Beratung guter Sprachverständlichkeit Unabhängigkeit des Beraters Bedürfnisanalyse Nutzungsprofil Anforderungs-Pflichtenheft Möglichkeit objektiver Nachprüfung Simulation und Prinzipdesign einer Anlage, die Anforderungen erfüllt Empfehlungen für bauliche Optimierung der Raumakustik 27 Beratung guter Sprachverständlichkeit Erstellung & Begleitung der Ausschreibung Bewertung der Anbieter auf Grundlage der Anforderungen Kontrolle der Ausführung Abnahmemessungen und Funktionskontrolle Prozessesbegleitende Prüfpunkte garantieren Ergebnis: Gute Sprachverständlichkeit ⇒ Sicherheit für den Auftraggeber ⇒ Nachhaltigkeit der Maßnahme Kosten unerheblich verglichen mit Nachbesserungen! 28 14
  • 15. Raumakustik und Beschallung: Normen DIN 18 041 Hörsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Räumen 2004 Acoustics – Measurements of the Reverberation Time of Rooms ISO 3382 1997 with Reference to Other Parameters Sound system equipment – Part 16: Objective Rating of Speech EN-IEC 60268-16 2003 Inteligibility by Speech Transmission Index IEC 60849 (DIN EN 60849) Elektroakustische Notfallwarnsysteme 1998 Gefahrenmeldeanlagen für Brand, Einbruch und Überfall - VDE 0833-4:2007-09 Teil 4: Festlegungen für Anlagen zur Sprachalarmierung 2007 im Brandfall Veranstaltungstechnik – Tontechnik – Teil 5: Maßnahmen zum DIN 15905-5 vermeiden diner gehörgefährdung des Publikums durch hohe 2007 Schallemissionen elektroakustischer Beschallungstechnik 29 Akustik und Sprachverständlichkeit in Kirchen und Konzertsälen - Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! www.peutz.de 30 15