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handout




die Definition der Begriffe, ein paar Vorbemerkungen.
Licht und Ton, Gemeinsamkeiten und Unterschiede.
die physikalische Erklärung des Bündelungsfaktors, ein paar sehr wichtige Grundlagen.
die Simulation als Hilfsmittel zur Bewertung des Q- Faktors.
was heißt und was ist die Sprachverständlichkeit.
wie wird die Sprachverständlichkeit über den Q Faktor beeinflusst.
die Simulation als Hilfsmittel zur Vorhersage der Sprachverständlichkeit.
die Klippen bei der Bewertung von Simulatiosergebnissen.




                                                          Richard Merget
                                                          EVI Audio
                                                          Application Engineering
                                                          www.richard-merget.de
Was ist eigentlich der Bündelungsfaktor ?
              wir schauen nach:
              aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie


Bündelungsfaktor

Der Bündelungsfaktor ist ein technischer Parameter von
Lautsprechern und Mikrofonen.
Der Bündelungsfaktor gibt an, wieviel mal größer der
Besprechungsabstand eines Mikrofons mit gerichteter
Charakteristik gegenüber dem eines Mikrofons mit
kugelförmiger Richtcharakteristik sein kann, um das gleiche
D/R-Verhältnis zu erhalten (D = Direktschall, R = Reflektierter
Schall). Auf Englisch heißt er DSF = distance factor.             Anmerkung mg:
                                                                  bei Lautsprechern ist dies im
Der Bündelungsfaktor ergibt sich aus der Wurzel des
                                                                  englischen der
Bündelungsgrads γ.                                                directivity factor Q
Siehe auch die Angabe zum Bündelungsgrad γ sowie zum
Bündelungsmaß in dB.
Das quot;Bündelungsmaßquot; wird in dB ausgedrückt
als                                      .
gleichbedeutend :Bündelungsgrad

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Der Bündelungsgrad γ gibt die Bündelungsfähigkeit des Schalls bei Lautsprechern,
Mikrofonen und einzelnen Schallquellen im diffusen Schallfeld an. Er ist eine reine
Verhältniszahl, die angibt, um wieviel der Bündelungsgrad geringer ist als der einer
idealen Kugel. Je größer dieser Unterschied ausfällt, um so größer ist der
Bündelungsgrad und damit die “Ausblendung des Raums”, das heißt, die
Unterdrückung von diffusem Schall. Dieses Maß ist frequenzabhängig und steigt zu
hohen Frequenzen üblicherweise an.
Zum Beispiel macht der Bündelungsgrad eine Aussage über die
Störschallunterdrückung im Direktfeld (Freifeld) bei Richtmikrofonen. Dabei wird der
von einem idealen Mikrofon mit Kugelcharakteristik aufgenommene Schall verglichen
mit dem von einem Richtmikrofon aufgenommenen Schall bei gleichem
Übertragungsfaktor.
In englischsprachiger Literatur wird der Kehrwert davon, also 1/γ genommen und mit
quot;Random Energy Efficiency REEquot; bezeichnet. Der englische Begriff Directivity Factor
DRF entspricht dem Bündelungsgrad γ und ist nicht mit dem Begriff quot;Richtungsfaktorquot;
zu verwechseln.
                                     .
Bündelungsmaß

Das Bündelungsmaß wird in Dezibel, dB ausgedrückt
als                                 .

Der Bündelungsgrad γ gibt die Bündelungsfähigkeit des Schalls bei Lautsprechern,
Mikrofonen und einzelnen Schallquellen im diffusen Schallfeld an. Er ist eine reine
Verhältniszahl, die angibt, um wieviel der Pegel geringer ist als der einer idealen
Kugel. Je größer dieser Unterschied ausfällt, um so größer ist das Bündelungsgrad
und damit die “Ausblendung des Raums”, das heißt, die Unterdrückung von diffusem
Schall. Dieses Maß ist frequenzabhängig und steigt zu hohen Frequenzen
üblicherweise an.
Das Bündelungsmaß in dB macht zum Beispiel eine Aussage über die
Störschallunterdrückung im Direktfeld (Freifeld) bei Richtmikrofonen. Dabei wird der
von einem idealen Mikrofon mit Kugelcharakteristik aufgenommene Schall verglichen
mit dem von einem Richtmikrofon aufgenommenen Schall bei gleichem
Übertragungsfaktor.
                                  Anmerkung mg:
                                  bei Lautsprechern ist dies im englischen der
                                  directivity index Di
relevanten Gemeinsamkeiten,
Licht und Ton, wo liegen die
wo die Unterschiede ?



  Beides sind Wellen.
  Beide können reflektiert werden.
  Reflektionen führen zu versorgten Bereichen welche direkt nicht angestrahlt werden.
  Ohne Schall/ Licht Führung strahlen beide Quellen kugelförmig in alle Raumwinkel ab.
  Mit Schall/ Licht Führung (Scheinwerferprinzip) ergibt sich über die Bündelung eine Vorzugsrichtung.
  Bündelung kann mit mechanischen Führungen erreicht werden. (Scheinwerfer/Hornlautsprecher).
  Mit der Bündelung steigt der Energie-Anteil in die Vorzugsrichtung, im selben Maße werden die
  außerhalb der Vorzugsrichtung liegenden Bereiche ausgeblendet.
  Damit ist eine Versorgungsaufteilung Vorne/Hinten von der gleichen Position mit unterschiedlicher
  Bündelung gut möglich.
  Nahbereiche werden sinnvollerweise mit geringer Bündelung versorgt, Fernbereiche mit hoher.
  Es macht keinen Sinn mit hoher Bündelung in Nahbereiche zu zielen.
  Um eine Gleichmäßigkeit der Versorgung zu erzielen, muss in großen Räumen mit mehreren/vielen
  Quellen gearbeitet werden.
  Entfernte Bereiche müssen mit hoher Bündelung (Scheinwerfer/Horn/Array) versorgt werden, wenn
  sichergestellt werden soll, das der Nahbereich nicht überversorgt werden soll.
relevanten                                              Unterschiede ?
Licht und Ton, wo liegen die                             Gemeinsamkeiten, wo die


     Schallwellen sind kohärent (fortlaufende Welle), Lichtwellen (außer bei Laser Licht) nicht.
     Schallwellen bilden untereinander Interferenzen, Lichtwellen (außer bei Laser Licht) nicht.
     Anmerkung: Schallwelllen können sich ortsabhängig ! addieren oder auch komplett auslöschen !!!
     Schallwellen brauchen eine endliche Zeit von der Quelle zum Zielort (330m/sec); Lichtwellen nicht.
     Die Überlagerung von Lichtenergie mehrer Quellen führt zu insgesamt besserer Ausleuchtung ohne
     direkte Nachteile.
     Schallereignisse überlagern sich auch, führen aber aufgrund der unterschiedliche Laufzeiten zu sehr
     störenden Interferenzen.
     Ortung ist bei Lichtwellen kein Thema da alles erkannt wird was beleuchtet ist
     Die Quellenortung ist bei Licht unmittelbar und direkt bei hoher Qrtungsschärfe gegeben.
     Bei Schall geschieht die Quellenortung über die Laufzeit. (die naheste Quelle wird geortet, auch wenn
     diese leiser ist als die Entfernte).
     Die Ortung bei Schallereignissen ist für Horizontalwinkel mit ca 10° mittel unscharf und für
     Vertikalwinkel mit ca 30° sehr unscharf.
     Die Mehrfach-Versorgung eines Zielbereiches mit mehreren Quellen ist bei Licht (durch die quasi
     unendlich schnelle Laufzeit) kein Problem, bei Schall ist sie dies in hohem Masse.
     Späten Reflektionen (Laufzeit) führt bei Schallereignissen zu Klangbrei und schlechter
     Sprachverständlichkeit, bei Licht stellt sich dieses Problem nicht.
     Rückkoppeleffekte (Mikro pfeiffen) treten bei Licht nicht auf.
Die Konsequenzen daraus:

Bei der Planung von Beschallungsanlagen ist besonders darauf zu achten dass Interferenzen
(Überlagerungen aus mehreren Quellen) vermieden werden.
Späte Reflektionen auch von anderen entfernten Lautsprechern sind unbedingt zu vermeiden.
Die raumakustischen Gegebenheiten (Nachhallzeit, Echobildung...), sind im Vorfeld abzuschätzen
und in die Überlegungen zur Beschallung mit einzubeziehen.
Jeder Bereich sollte von nur von einem, ihm zugeordneten Lautsprecher beschallt werden.
Mehrfachquellen welche in den gleich Ortsbereich zielen, sind unbedingt zu vermeiden.
Um eine „Vorne- Ortung“ zu ermöglichen, (Bild und Ton kommen aus einer Ebene zB. Bühne), ist die
Laufzeit des Schalles unbedingt zu berücksichtigen.
Beschallungen mit Blickrichtung nach vorne, sollten auch aus Richtung „vorne“ beschallt werden und
nicht von hinten oder von der Seite.
Bereiche in denen Mikros aufgeschaltet werden, müssen von der Direktschall- Versorgung
ausgespart bleiben. (Rückkopplung)
aus einer Veröffentlichung IFBcon; www.ifbcon/publication


       Kugel                              Halb-Kugel                      Viertel-Kugel



       Q=1                                 Q=2                              Q=4
       Di = 0db                            Di = 3db                         Di = 6db


Die Vergrößerung der Bündelung in einen Raumwinkelbereich führt immer zu einer
Verminderung der Bündelung in einen anderen Raumwinkelbereich.
Die abgestrahlte Energie wird also mehr nach vorne konzentriert.
Einfach gesagt: vorne ist mehr, hinten ist weniger ;-)
Wie wird der Bündelungsfaktor gemessen ?
Auf konzentrischen Bahnen (oft über einen Drehtisch) werden Messwerte um den Lautsprecher in einem 5°
Raster aufgenommen. Diese Umläufe werden Ihrerseits wieder um 5°geneigt, so dass eine komplette
Kugeloberfläche abgefahren wird. Das Ganze wird in unterschiedlichen Frequenzbändern aufgenommen und
dargestellt.




aus einer Veröffentlichung IFBcon; www.ifbcon/publication
Ein Auszug aus dem Datenblatt eines
           High Q Lautsprechers
(in der Commerzbank Arena in Frankfurt als
      Tribünenlautsprecher im Einsatz)
weiter mit dem
   Datenblatt-Auszug

das Bündelungs-Verhalten
   in unterschiedlichen
   Frequenzenbändern
man bemerkt, dass in der Praxis
    mit steigender Frequenz
die Abstrahlkeule schmaler wird
und damit die Bündelung steigt !
die Bündelung in °
      in der horizontal
   und der Vertikal- Ebene
     getrennt betrachtet




                           weshalb tut sie das ?



es fällt auf: die Bündlung ist bei
tiefen Frequenzen relativ gering
   und steigt im Mittenband an
   und verweilt dann in einem
                                     die Bündelung als Faktor (Q- Faktor)
          Horizontalband
                                             über der Frequenz
…..weil im tiefen Frequenzbereich die Wellenlänge groß gegen die Quelle, (den
          Lautsprecher) ist.
          In diesem Frequenzbereich arbeiten fast alle frei aufgestellten Lautsprecher wie
          ein Kugelstrahler.
          Die Aufstellung auf dem Boden (eine Begrenzungsfläche) zwingt die
          Luftmoleküle jedoch in die freie Vorzugsrichtung, es entsteht eine
          halbkugelförmige Abstrahlung, auch für tiefe Frequenzen.

          Jede zusätzliche Begrenzungsfläche verstärkt diesen Bündelungs-Effekt.
          Bei einer Eck Aufstellung tritt eine Interaktion mit drei Begrenzungsflächen auf.
          Wer also einen Bums Bass braucht …..


  im mittleren Frequenzbereich kommt die Wellenlänge in die räumliche Grössenordnung
            der Quelle .
            Schallführungen (z.B Hörner, oder Arrays, auch Line Arrays ;-))
            beginnen zu wirken, die Bündelung steigt an.
            Umgekehrt ist deshalb eine räumlich grössere Schallführung (zB. ein größeres
            Horn oder ein größeres Array, auch Line Array) schon bei tieferen Frequenzen in
            der Lage zu wirken !

  im hohen Frequenzbereich hängen die Bündelungseigenschaften fast nur noch von der
          Qualität der Schallführung ab. Gute Schallführungen erreichen einen relativ
          konstanten Verlauf der Bündelung über der Frequenz, schlechte springen.
          Interferenzen beeinflussen das Gesamtbild entscheidend.
was im Datenblatt eines
Beschallungslautsprechers
  zum Thema Bündelung
   zu finden sein sollte :
auch ein natürlicher Sprecher hat
  Bündelungseigenschaften !
ein Beschallungs-
Nahfeldlautsprecher
ein Hochleistungs -
Koaxiallautsprecher
natürlicher Sprecher
                                    Direktpegelverlauf




  logisch: direkter Sprach-Pegel
für Durchsagen nicht ausreichend
Sprachverständlichkeit natürlicher Sprecher
              ohne Berücksichtigung der Pegelverhältnisse


                                                            Grenzwert
                                                            sti < 0,5




 akzeptabel
(laut DIN 0883 Teil4)




                        nicht akzeptabel
Q=1                      Q=2




                             die Kandidaten für
                                                        Q ~ 2-8
                               den Vergleich:




Q ~ 6-18

                     Q ~ 1,5-3,5


           Q ~ 3-9
es wird sehr viel Enegie nach hinten
         (hier Bühne) abgestrahlt,
                                           (Q =1)
dies führt zu vorzeitigen Rückkopplungen




 Sprachverständlichkeit
in Abhängigkeit von der
  Bündelung (Q Faktor)
(Q =2)




 Sprachverständlichkeit
in Abhängigkeit von der
  Bündelung (Q Faktor)
(Q ~4)




 Sprachverständlichkeit
in Abhängigkeit von der
  Bündelung (Q Faktor)
(Q ~10)




 Sprachverständlichkeit
in Abhängigkeit von der
  Bündelung (Q Faktor)
(Q ~16)




 Sprachverständlichkeit
in Abhängigkeit von der
  Bündelung (Q Faktor)
Sprachverständlichkeit wichtige Kenngrößen                     Wertebereich ( Anhaltspunkte)
nach: sti (speech transmission Index)                          befriedigend     mäßig        schlecht
nach: ALC (Articulation Loss of Consonants)            sti          0,5          0,41          0,29
nach: rasti (rapid speech transmission Index          ALC           12%          18%           35%
                                                      rasti         0,5          0,41          0,29
nach: cis (common intelligibility scale)
                                                       CIS          0,7          0,62          0,46

 In Deutschland am gebräuchlisten:
                                                                                    Grundlagen
 ALC der Verlust der Konsonanten (der Sprache)

                                                                       Aus der Gleichung sieht man, wird die Nachhallzeit eines Raumes
                                                                       (Rt60) grösser, verschlechtert sich die Sprachverständlichkeit
                                                                       quadratisch!
                                                                       Die Nachhallzeit eines Raumes ist über Raumgeometrie und Materialien
                                                                       vorgegeben. Für den Elektroakustiker ist eine kurze Nachhallzeit
                                                                       erstrebenswert.
                                                                       Ungünstige Raumeigenschaften sind oft auch mit aufwendiger
                                                                       Elektroakustik nicht beherrschbar !
       5%        10%         15%          18%         22%              Die vom Elektroakustiker beeinflußbaren Kenngrößen sind 1. der
                                                                       Abstand der Lautsprecher zu den Zuhörern und 2. der Bündelungsfaktor
       sehr                                                            der benutzten Lautsprecher.
                 gut       neutral       mäßig      schlecht
       gut                                                             Da ein kleiner Abstand Lautsprecher / Zuhörer eine Vielzahl von
                                                                       Strahlern vorraussetzt und damit der Faktor N (durch ein höheres
                                                                       Diffusfeld) die Sprachverständlichkeit wiederum negativ beeinflusst sind
     ALC = 200x Rt60² x D² x N                                         die Möglichkeiten hier jedoch begrenzt.
                                                                       Bleibt als einzige wirklich relevante Kenngröße der
                       Q
                 Vx                                                    Bündelungsfaktor der Lautsprecher, diesem sollte besondere
                                                                       Beachtung geschenkt werden.
                                                                       Die Dimensionierung sollte so erfolgen, dass möglichst alle abgestrahlte
 Rt60 = Nachhallzeit                                                   Energie in die Zuhörer gerichtet wird und möglichst wenig Energie auf
 D    = Abstand der Hörer zur Quelle                                   die Raumbegrezungsflächen trifft. Ein hoher Q- Faktor eines
 N    = Faktor (abhängig von Stahlertyp / Anzahl)                      Lautsprechers ist gleichbedeutend mit einer hohen Bündelung.
                                                                       Der Vergleich mit einem akustischen Scheinwerfer welcher nach
 V    = Volumen der Halle
                                                                       Möglichkeit nur die Zuhörer ausleuchtet ist an dieser Stelle erlaubt.
 Q     = Bündelungsfaktor des Lautsprechers
                                                                       Eine Doppelbeschallung ist zu vermeiden d.h. jeder Ortsbereich sollte
                                                                       von nur einem Lautsprecher beschallt werden, sonst sind
                                                                       Laufzeiteinflüsse (Echos; Doppelhören) kaum vermeidbar.
Zusammenfassung :
Raumakustik

Der Raum mit seinen akustischen Eigenschaften hat einen grossen Einfluss auf die erreichbare
Sprachverständlichkeit.
Grundsätzlich gilt, dass mit zunehmender Nachhallzeit die Sprachverständlichkeit schlechter wird:

  Nachhallzeit   Eigenschaften
    <1 Sek.      quot;Trockener Raumquot;. Exzellente Sprachverständlichkeit wird erreicht.
   1-1,5 Sek.    Gute Sprachverständlichkeit.
                 Auswahl und Positionierung der Lautsprecher wird wichtig.
   1,5-2 Sek.    Mittlere bis gute Sprachverständlichkeit möglich.
                 Sorgfältige Planung des Beschallungskonzeptes ist wichtig.
   2-2,5 Sek.    Mittlere Sprachverständlichkeit.
                 Sehr sorgfältige Planung des Beschallungskonzeptes nötig.
   2,5-4 Sek.    Mittlere Sprachverständlichkeit möglich.
                 Seriöse Planung der Beschallungsanlage unbedingt notwendig (Computersimulationen)
                 Stark bündelnde Lautsprechersysteme nötig, evt. LineArrays oder DCC.
    >4 Sek.      Nur noch schlechte bis mittlere Sprachverständlichkeit möglich.
                 Seriöse Planung der Beschallungsanlage unumgänglich (Computersimulationen)
Liegt die Lautstärke eines Sprachsignals mehr als
                        12dB über dem Umgebungslärm, bringen weitere
                        Erhöhungen der Lautstärke keine Verbesserung der
                        Sprachverständlichkeit mehr.




                                              Bandbreite
                            Damit genügend Informationen vorhanden sind,
                              muss die Übertragungsstrecke (Tonanlage,
                              Raum, Übermittlungskanal) mindestens den
                                 Frequenzbereich von 400 bis 3000 Hz
                            übertragen. Dies ist beispielsweise beim Telefon
                                                 der Fall.



Tabelle 3: Im 2 kHz-
Frequenzband ist der
Informationsgehalt am
grössten
Grundlagen
Sprachverständlichkeit/Reflexionen/Nachhall
Objektive Beurteilung der Sprachverständlichkeit
Zur Einleitung in dieses Kapitel seien die zwei häufigsten
Missverständnisse bei der Beurteilung der Sprachverständlichkeit
erwähnt:

1.     Sprachverständlichkeit hat prinzipiell nichts mit Klangqualität
zu tun. Sofern alle Frequenzen des Sprachbereiches zwischen 120
und 8000 Hz übertragen werden, ist keine Erhöhung der
Sprachverständlichkeit durch quot;Klangverbesserungenquot; mehr möglich.
Sogar leichte Verzerrungen tangieren die Sprachverständlichkeit
nicht. Behauptungen wie: quot;...weil die Anlage so schlecht klingt,
versteht man kein Wortquot; sind haltlos. Wenn das stimmen würde,
könnte sich beispielsweise niemand mit einem Handy verständigen;
oder wie klingt ihres ?!



2.    Sprachverständlichkeit hat mit der absoluten Lautstärke
direkt nichts zu tun. Sofern der Schallpegel der verstärkten
Sprache ca. 12dB über dem aktuellen Umgebungslärm liegt, bewirken
weitere Erhöhungen der Lautstärke keine nennenswerten
Verbesserung der Sprachverständlichkeit mehr!
LOW Q
    (~2)
Lautsprecher
High Q
   (~16)
Lautsprecher
Sprachverständlichkeit
                                   (Q Faktor jeweils ca. 16)
                                   in Abhängigkeit von der
                                   Nachhallzeit t60 = 2 sec


                                                         Grenzwert
                                                         sti < 0,5




 akzeptabel
(laut DIN 0883 Teil4)




                        nicht akzeptabel
Sprachverständlichkeit
                                (Q Faktor jeweils ca. 16)
                                in Abhängigkeit von der
                                Nachhallzeit jetzt t60 = 2,9 sec

                                                Grenzwert
                                                sti < 0,5




 akzeptabel
(laut DIN 0883 Teil4)




                        nicht akzeptabel
Grundlagen Subjektives Hörempfinden




    Subjektives
  Empfinden beim
   Eintreffen von
   gegeneinander
   zeitversetzten
Schallereignissen mit
      t= 25ms
         ; 50ms
         ; 70ms




    21.02.97            Pro Light & Sound   R.Merget   36
ALC 12%




                      sti = 0,5
          CIS = 0,7

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Der Bündelungsfaktor, eine sehr wichtige Kenngröße in der Beschallungstechnik

  • 1. handout die Definition der Begriffe, ein paar Vorbemerkungen. Licht und Ton, Gemeinsamkeiten und Unterschiede. die physikalische Erklärung des Bündelungsfaktors, ein paar sehr wichtige Grundlagen. die Simulation als Hilfsmittel zur Bewertung des Q- Faktors. was heißt und was ist die Sprachverständlichkeit. wie wird die Sprachverständlichkeit über den Q Faktor beeinflusst. die Simulation als Hilfsmittel zur Vorhersage der Sprachverständlichkeit. die Klippen bei der Bewertung von Simulatiosergebnissen. Richard Merget EVI Audio Application Engineering www.richard-merget.de
  • 2. Was ist eigentlich der Bündelungsfaktor ? wir schauen nach: aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie Bündelungsfaktor Der Bündelungsfaktor ist ein technischer Parameter von Lautsprechern und Mikrofonen. Der Bündelungsfaktor gibt an, wieviel mal größer der Besprechungsabstand eines Mikrofons mit gerichteter Charakteristik gegenüber dem eines Mikrofons mit kugelförmiger Richtcharakteristik sein kann, um das gleiche D/R-Verhältnis zu erhalten (D = Direktschall, R = Reflektierter Schall). Auf Englisch heißt er DSF = distance factor. Anmerkung mg: bei Lautsprechern ist dies im Der Bündelungsfaktor ergibt sich aus der Wurzel des englischen der Bündelungsgrads γ. directivity factor Q Siehe auch die Angabe zum Bündelungsgrad γ sowie zum Bündelungsmaß in dB. Das quot;Bündelungsmaßquot; wird in dB ausgedrückt als .
  • 3. gleichbedeutend :Bündelungsgrad aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie Der Bündelungsgrad γ gibt die Bündelungsfähigkeit des Schalls bei Lautsprechern, Mikrofonen und einzelnen Schallquellen im diffusen Schallfeld an. Er ist eine reine Verhältniszahl, die angibt, um wieviel der Bündelungsgrad geringer ist als der einer idealen Kugel. Je größer dieser Unterschied ausfällt, um so größer ist der Bündelungsgrad und damit die “Ausblendung des Raums”, das heißt, die Unterdrückung von diffusem Schall. Dieses Maß ist frequenzabhängig und steigt zu hohen Frequenzen üblicherweise an. Zum Beispiel macht der Bündelungsgrad eine Aussage über die Störschallunterdrückung im Direktfeld (Freifeld) bei Richtmikrofonen. Dabei wird der von einem idealen Mikrofon mit Kugelcharakteristik aufgenommene Schall verglichen mit dem von einem Richtmikrofon aufgenommenen Schall bei gleichem Übertragungsfaktor. In englischsprachiger Literatur wird der Kehrwert davon, also 1/γ genommen und mit quot;Random Energy Efficiency REEquot; bezeichnet. Der englische Begriff Directivity Factor DRF entspricht dem Bündelungsgrad γ und ist nicht mit dem Begriff quot;Richtungsfaktorquot; zu verwechseln. .
  • 4. Bündelungsmaß Das Bündelungsmaß wird in Dezibel, dB ausgedrückt als . Der Bündelungsgrad γ gibt die Bündelungsfähigkeit des Schalls bei Lautsprechern, Mikrofonen und einzelnen Schallquellen im diffusen Schallfeld an. Er ist eine reine Verhältniszahl, die angibt, um wieviel der Pegel geringer ist als der einer idealen Kugel. Je größer dieser Unterschied ausfällt, um so größer ist das Bündelungsgrad und damit die “Ausblendung des Raums”, das heißt, die Unterdrückung von diffusem Schall. Dieses Maß ist frequenzabhängig und steigt zu hohen Frequenzen üblicherweise an. Das Bündelungsmaß in dB macht zum Beispiel eine Aussage über die Störschallunterdrückung im Direktfeld (Freifeld) bei Richtmikrofonen. Dabei wird der von einem idealen Mikrofon mit Kugelcharakteristik aufgenommene Schall verglichen mit dem von einem Richtmikrofon aufgenommenen Schall bei gleichem Übertragungsfaktor. Anmerkung mg: bei Lautsprechern ist dies im englischen der directivity index Di
  • 5. relevanten Gemeinsamkeiten, Licht und Ton, wo liegen die wo die Unterschiede ? Beides sind Wellen. Beide können reflektiert werden. Reflektionen führen zu versorgten Bereichen welche direkt nicht angestrahlt werden. Ohne Schall/ Licht Führung strahlen beide Quellen kugelförmig in alle Raumwinkel ab. Mit Schall/ Licht Führung (Scheinwerferprinzip) ergibt sich über die Bündelung eine Vorzugsrichtung. Bündelung kann mit mechanischen Führungen erreicht werden. (Scheinwerfer/Hornlautsprecher). Mit der Bündelung steigt der Energie-Anteil in die Vorzugsrichtung, im selben Maße werden die außerhalb der Vorzugsrichtung liegenden Bereiche ausgeblendet. Damit ist eine Versorgungsaufteilung Vorne/Hinten von der gleichen Position mit unterschiedlicher Bündelung gut möglich. Nahbereiche werden sinnvollerweise mit geringer Bündelung versorgt, Fernbereiche mit hoher. Es macht keinen Sinn mit hoher Bündelung in Nahbereiche zu zielen. Um eine Gleichmäßigkeit der Versorgung zu erzielen, muss in großen Räumen mit mehreren/vielen Quellen gearbeitet werden. Entfernte Bereiche müssen mit hoher Bündelung (Scheinwerfer/Horn/Array) versorgt werden, wenn sichergestellt werden soll, das der Nahbereich nicht überversorgt werden soll.
  • 6. relevanten Unterschiede ? Licht und Ton, wo liegen die Gemeinsamkeiten, wo die Schallwellen sind kohärent (fortlaufende Welle), Lichtwellen (außer bei Laser Licht) nicht. Schallwellen bilden untereinander Interferenzen, Lichtwellen (außer bei Laser Licht) nicht. Anmerkung: Schallwelllen können sich ortsabhängig ! addieren oder auch komplett auslöschen !!! Schallwellen brauchen eine endliche Zeit von der Quelle zum Zielort (330m/sec); Lichtwellen nicht. Die Überlagerung von Lichtenergie mehrer Quellen führt zu insgesamt besserer Ausleuchtung ohne direkte Nachteile. Schallereignisse überlagern sich auch, führen aber aufgrund der unterschiedliche Laufzeiten zu sehr störenden Interferenzen. Ortung ist bei Lichtwellen kein Thema da alles erkannt wird was beleuchtet ist Die Quellenortung ist bei Licht unmittelbar und direkt bei hoher Qrtungsschärfe gegeben. Bei Schall geschieht die Quellenortung über die Laufzeit. (die naheste Quelle wird geortet, auch wenn diese leiser ist als die Entfernte). Die Ortung bei Schallereignissen ist für Horizontalwinkel mit ca 10° mittel unscharf und für Vertikalwinkel mit ca 30° sehr unscharf. Die Mehrfach-Versorgung eines Zielbereiches mit mehreren Quellen ist bei Licht (durch die quasi unendlich schnelle Laufzeit) kein Problem, bei Schall ist sie dies in hohem Masse. Späten Reflektionen (Laufzeit) führt bei Schallereignissen zu Klangbrei und schlechter Sprachverständlichkeit, bei Licht stellt sich dieses Problem nicht. Rückkoppeleffekte (Mikro pfeiffen) treten bei Licht nicht auf.
  • 7. Die Konsequenzen daraus: Bei der Planung von Beschallungsanlagen ist besonders darauf zu achten dass Interferenzen (Überlagerungen aus mehreren Quellen) vermieden werden. Späte Reflektionen auch von anderen entfernten Lautsprechern sind unbedingt zu vermeiden. Die raumakustischen Gegebenheiten (Nachhallzeit, Echobildung...), sind im Vorfeld abzuschätzen und in die Überlegungen zur Beschallung mit einzubeziehen. Jeder Bereich sollte von nur von einem, ihm zugeordneten Lautsprecher beschallt werden. Mehrfachquellen welche in den gleich Ortsbereich zielen, sind unbedingt zu vermeiden. Um eine „Vorne- Ortung“ zu ermöglichen, (Bild und Ton kommen aus einer Ebene zB. Bühne), ist die Laufzeit des Schalles unbedingt zu berücksichtigen. Beschallungen mit Blickrichtung nach vorne, sollten auch aus Richtung „vorne“ beschallt werden und nicht von hinten oder von der Seite. Bereiche in denen Mikros aufgeschaltet werden, müssen von der Direktschall- Versorgung ausgespart bleiben. (Rückkopplung)
  • 8. aus einer Veröffentlichung IFBcon; www.ifbcon/publication Kugel Halb-Kugel Viertel-Kugel Q=1 Q=2 Q=4 Di = 0db Di = 3db Di = 6db Die Vergrößerung der Bündelung in einen Raumwinkelbereich führt immer zu einer Verminderung der Bündelung in einen anderen Raumwinkelbereich. Die abgestrahlte Energie wird also mehr nach vorne konzentriert. Einfach gesagt: vorne ist mehr, hinten ist weniger ;-)
  • 9. Wie wird der Bündelungsfaktor gemessen ? Auf konzentrischen Bahnen (oft über einen Drehtisch) werden Messwerte um den Lautsprecher in einem 5° Raster aufgenommen. Diese Umläufe werden Ihrerseits wieder um 5°geneigt, so dass eine komplette Kugeloberfläche abgefahren wird. Das Ganze wird in unterschiedlichen Frequenzbändern aufgenommen und dargestellt. aus einer Veröffentlichung IFBcon; www.ifbcon/publication
  • 10. Ein Auszug aus dem Datenblatt eines High Q Lautsprechers (in der Commerzbank Arena in Frankfurt als Tribünenlautsprecher im Einsatz)
  • 11. weiter mit dem Datenblatt-Auszug das Bündelungs-Verhalten in unterschiedlichen Frequenzenbändern
  • 12. man bemerkt, dass in der Praxis mit steigender Frequenz die Abstrahlkeule schmaler wird und damit die Bündelung steigt !
  • 13. die Bündelung in ° in der horizontal und der Vertikal- Ebene getrennt betrachtet weshalb tut sie das ? es fällt auf: die Bündlung ist bei tiefen Frequenzen relativ gering und steigt im Mittenband an und verweilt dann in einem die Bündelung als Faktor (Q- Faktor) Horizontalband über der Frequenz
  • 14. …..weil im tiefen Frequenzbereich die Wellenlänge groß gegen die Quelle, (den Lautsprecher) ist. In diesem Frequenzbereich arbeiten fast alle frei aufgestellten Lautsprecher wie ein Kugelstrahler. Die Aufstellung auf dem Boden (eine Begrenzungsfläche) zwingt die Luftmoleküle jedoch in die freie Vorzugsrichtung, es entsteht eine halbkugelförmige Abstrahlung, auch für tiefe Frequenzen. Jede zusätzliche Begrenzungsfläche verstärkt diesen Bündelungs-Effekt. Bei einer Eck Aufstellung tritt eine Interaktion mit drei Begrenzungsflächen auf. Wer also einen Bums Bass braucht ….. im mittleren Frequenzbereich kommt die Wellenlänge in die räumliche Grössenordnung der Quelle . Schallführungen (z.B Hörner, oder Arrays, auch Line Arrays ;-)) beginnen zu wirken, die Bündelung steigt an. Umgekehrt ist deshalb eine räumlich grössere Schallführung (zB. ein größeres Horn oder ein größeres Array, auch Line Array) schon bei tieferen Frequenzen in der Lage zu wirken ! im hohen Frequenzbereich hängen die Bündelungseigenschaften fast nur noch von der Qualität der Schallführung ab. Gute Schallführungen erreichen einen relativ konstanten Verlauf der Bündelung über der Frequenz, schlechte springen. Interferenzen beeinflussen das Gesamtbild entscheidend.
  • 15. was im Datenblatt eines Beschallungslautsprechers zum Thema Bündelung zu finden sein sollte :
  • 16. auch ein natürlicher Sprecher hat Bündelungseigenschaften !
  • 19. natürlicher Sprecher Direktpegelverlauf logisch: direkter Sprach-Pegel für Durchsagen nicht ausreichend
  • 20. Sprachverständlichkeit natürlicher Sprecher ohne Berücksichtigung der Pegelverhältnisse Grenzwert sti < 0,5 akzeptabel (laut DIN 0883 Teil4) nicht akzeptabel
  • 21. Q=1 Q=2 die Kandidaten für Q ~ 2-8 den Vergleich: Q ~ 6-18 Q ~ 1,5-3,5 Q ~ 3-9
  • 22. es wird sehr viel Enegie nach hinten (hier Bühne) abgestrahlt, (Q =1) dies führt zu vorzeitigen Rückkopplungen Sprachverständlichkeit in Abhängigkeit von der Bündelung (Q Faktor)
  • 23. (Q =2) Sprachverständlichkeit in Abhängigkeit von der Bündelung (Q Faktor)
  • 24. (Q ~4) Sprachverständlichkeit in Abhängigkeit von der Bündelung (Q Faktor)
  • 25. (Q ~10) Sprachverständlichkeit in Abhängigkeit von der Bündelung (Q Faktor)
  • 26. (Q ~16) Sprachverständlichkeit in Abhängigkeit von der Bündelung (Q Faktor)
  • 27. Sprachverständlichkeit wichtige Kenngrößen Wertebereich ( Anhaltspunkte) nach: sti (speech transmission Index) befriedigend mäßig schlecht nach: ALC (Articulation Loss of Consonants) sti 0,5 0,41 0,29 nach: rasti (rapid speech transmission Index ALC 12% 18% 35% rasti 0,5 0,41 0,29 nach: cis (common intelligibility scale) CIS 0,7 0,62 0,46 In Deutschland am gebräuchlisten: Grundlagen ALC der Verlust der Konsonanten (der Sprache) Aus der Gleichung sieht man, wird die Nachhallzeit eines Raumes (Rt60) grösser, verschlechtert sich die Sprachverständlichkeit quadratisch! Die Nachhallzeit eines Raumes ist über Raumgeometrie und Materialien vorgegeben. Für den Elektroakustiker ist eine kurze Nachhallzeit erstrebenswert. Ungünstige Raumeigenschaften sind oft auch mit aufwendiger Elektroakustik nicht beherrschbar ! 5% 10% 15% 18% 22% Die vom Elektroakustiker beeinflußbaren Kenngrößen sind 1. der Abstand der Lautsprecher zu den Zuhörern und 2. der Bündelungsfaktor sehr der benutzten Lautsprecher. gut neutral mäßig schlecht gut Da ein kleiner Abstand Lautsprecher / Zuhörer eine Vielzahl von Strahlern vorraussetzt und damit der Faktor N (durch ein höheres Diffusfeld) die Sprachverständlichkeit wiederum negativ beeinflusst sind ALC = 200x Rt60² x D² x N die Möglichkeiten hier jedoch begrenzt. Bleibt als einzige wirklich relevante Kenngröße der Q Vx Bündelungsfaktor der Lautsprecher, diesem sollte besondere Beachtung geschenkt werden. Die Dimensionierung sollte so erfolgen, dass möglichst alle abgestrahlte Rt60 = Nachhallzeit Energie in die Zuhörer gerichtet wird und möglichst wenig Energie auf D = Abstand der Hörer zur Quelle die Raumbegrezungsflächen trifft. Ein hoher Q- Faktor eines N = Faktor (abhängig von Stahlertyp / Anzahl) Lautsprechers ist gleichbedeutend mit einer hohen Bündelung. Der Vergleich mit einem akustischen Scheinwerfer welcher nach V = Volumen der Halle Möglichkeit nur die Zuhörer ausleuchtet ist an dieser Stelle erlaubt. Q = Bündelungsfaktor des Lautsprechers Eine Doppelbeschallung ist zu vermeiden d.h. jeder Ortsbereich sollte von nur einem Lautsprecher beschallt werden, sonst sind Laufzeiteinflüsse (Echos; Doppelhören) kaum vermeidbar.
  • 28. Zusammenfassung : Raumakustik Der Raum mit seinen akustischen Eigenschaften hat einen grossen Einfluss auf die erreichbare Sprachverständlichkeit. Grundsätzlich gilt, dass mit zunehmender Nachhallzeit die Sprachverständlichkeit schlechter wird: Nachhallzeit Eigenschaften <1 Sek. quot;Trockener Raumquot;. Exzellente Sprachverständlichkeit wird erreicht. 1-1,5 Sek. Gute Sprachverständlichkeit. Auswahl und Positionierung der Lautsprecher wird wichtig. 1,5-2 Sek. Mittlere bis gute Sprachverständlichkeit möglich. Sorgfältige Planung des Beschallungskonzeptes ist wichtig. 2-2,5 Sek. Mittlere Sprachverständlichkeit. Sehr sorgfältige Planung des Beschallungskonzeptes nötig. 2,5-4 Sek. Mittlere Sprachverständlichkeit möglich. Seriöse Planung der Beschallungsanlage unbedingt notwendig (Computersimulationen) Stark bündelnde Lautsprechersysteme nötig, evt. LineArrays oder DCC. >4 Sek. Nur noch schlechte bis mittlere Sprachverständlichkeit möglich. Seriöse Planung der Beschallungsanlage unumgänglich (Computersimulationen)
  • 29. Liegt die Lautstärke eines Sprachsignals mehr als 12dB über dem Umgebungslärm, bringen weitere Erhöhungen der Lautstärke keine Verbesserung der Sprachverständlichkeit mehr. Bandbreite Damit genügend Informationen vorhanden sind, muss die Übertragungsstrecke (Tonanlage, Raum, Übermittlungskanal) mindestens den Frequenzbereich von 400 bis 3000 Hz übertragen. Dies ist beispielsweise beim Telefon der Fall. Tabelle 3: Im 2 kHz- Frequenzband ist der Informationsgehalt am grössten
  • 31. Objektive Beurteilung der Sprachverständlichkeit Zur Einleitung in dieses Kapitel seien die zwei häufigsten Missverständnisse bei der Beurteilung der Sprachverständlichkeit erwähnt: 1. Sprachverständlichkeit hat prinzipiell nichts mit Klangqualität zu tun. Sofern alle Frequenzen des Sprachbereiches zwischen 120 und 8000 Hz übertragen werden, ist keine Erhöhung der Sprachverständlichkeit durch quot;Klangverbesserungenquot; mehr möglich. Sogar leichte Verzerrungen tangieren die Sprachverständlichkeit nicht. Behauptungen wie: quot;...weil die Anlage so schlecht klingt, versteht man kein Wortquot; sind haltlos. Wenn das stimmen würde, könnte sich beispielsweise niemand mit einem Handy verständigen; oder wie klingt ihres ?! 2. Sprachverständlichkeit hat mit der absoluten Lautstärke direkt nichts zu tun. Sofern der Schallpegel der verstärkten Sprache ca. 12dB über dem aktuellen Umgebungslärm liegt, bewirken weitere Erhöhungen der Lautstärke keine nennenswerten Verbesserung der Sprachverständlichkeit mehr!
  • 32. LOW Q (~2) Lautsprecher
  • 33. High Q (~16) Lautsprecher
  • 34. Sprachverständlichkeit (Q Faktor jeweils ca. 16) in Abhängigkeit von der Nachhallzeit t60 = 2 sec Grenzwert sti < 0,5 akzeptabel (laut DIN 0883 Teil4) nicht akzeptabel
  • 35. Sprachverständlichkeit (Q Faktor jeweils ca. 16) in Abhängigkeit von der Nachhallzeit jetzt t60 = 2,9 sec Grenzwert sti < 0,5 akzeptabel (laut DIN 0883 Teil4) nicht akzeptabel
  • 36. Grundlagen Subjektives Hörempfinden Subjektives Empfinden beim Eintreffen von gegeneinander zeitversetzten Schallereignissen mit t= 25ms ; 50ms ; 70ms 21.02.97 Pro Light & Sound R.Merget 36
  • 37. ALC 12% sti = 0,5 CIS = 0,7