Perfekte Basswiedergabe?

Dröhnender Bass ist lästig und kann mit einfachen Mitteln nicht verhindert werden.

Wer kennt dieses Problem nicht? Lautsprecher, die auch in der Lage sind, ohne viel Pegelverlust recht tiefe Frequenzen wiederzugeben, regen Raummoden (auch „stehende Wellen“ genannt) besonders stark an und diese können sehr lästig werden. Bei Verwendung von Subwoofern hat das oft ganz dramatische Auswirkungen. Freud‘ und Leid liegen hier eng beieinander. Einerseits der Hörspaß und andererseits das Gedröhne.

Dazu kommt, dass es in den wenigsten Fällen freie Wahl bezüglich der Lautsprecheraufstellung gibt und ebenso nicht was den Hörplatz betrifft. Wäre es anders, könnte man zumindest die Position des Stereodreiecks im Raum optimieren und auf diese Art die schlimmsten Moden halbwegs in den Griff bekommen. Mehr allerdings auch nicht.

Physikalisch betrachtet ist jeder Raum eine dimensionsabhängige  Resonanzkammer. Je nachdem wo darin Schall entsteht und wo sich der Hörplatz- bzw. bei Messungen das Messmikrofon befindet, gibt es „gewaltige“ Frequenzberge und Frequenzlöcher, ganz besonders im Bereich der tiefen Töne. Nicht selten entstehen hier Differenzwerte im zweistelligen Dezibelbereich. Die Frequenzlöcher fallen dabei nicht so sehr auf wie die Frequenzberge, die ja die Ursache für das Gedröhne sind.

Mit Helmholzesonatoren (quasi Bassreflexboxen ohne eingebauten Chassis) und Plattenresonatoren kann man durchaus Vebesserungen erzielen, aber beides arbeitet nur in einem bestimmten schmalen Frequenzbereich und dazu noch mit begrenzter Absorbtionsleistung. Das große „Wunder“ passiert damit jedenfalls nicht. Für gute Wirksamkeit müssten Helmholzresonatoren mindestens so groß sein wie die Lautsprecher selbst. Plattenresonatoren wirken erst, wenn sie einige Quadratmeter groß sind.

So weit, so schlecht. Mit „passiven“ Methoden lassen sich meterlange Wellen nur wenig beeinflussen.

Reale Möglichkeiten im „Aktivbereich“ (Room-Equalizing):

Gleich vorweg: alle hier beschriebenen Korrekturmaßnahmen wirken nicht generell im Raum, sondern nur an einem vorbestimmten Platz und das sogar noch recht punktuell. Schon einen Meter daneben stimmt da kaum noch was.
Jede dieser Maßnahmen ist nicht ganz billig, aber der Gewinn den man damit erzielen kann, rechtfertigt so eine Investition viel mehr als so manche andere die oft getätigt wird und die genau genommen gar nichts bringt.
Arbeitet man aktiv, gibt es deutlich messbare und sofort hörbare Veränderungen, denn es ist pure Physik die da wirksam wird.
Der dazu notwendige Platz ist im Vergleich zu passiven Methoden  fast schon als klein zu bezeichnen oder gar „Null“ je nachdem, welche Variante möglich ist und welche man wählt.

In den meisten Fällen wird zum gemessenen Schalldruckverlauf eine „gespiegelte Gegenkurve“ erzeugt, die dem Audiosignal vorgeschaltet wird. So wird das Meiste an Unzulänglichkeiten verhindert.

Dabei muss man in zwei Kategorien teilen, nämlich in „automatisierte“ und „nicht automatisierte“ Systeme.

Die einfachste Form davon ist „automatisches Einmessen“ unter Zuhilfenahme eines Messmikrofons beim Hörplatz. So etwas bietet heute fast schon jeder A/V-Receiver an, sogar über das gesamte Hörbereich gehend und für jeden Kanal einzeln.
Dabei gibt es bessere und schlechtere Systeme. Die Qualität davon steht meist in direkten Verhältnis zum Preis des jeweiligen Gerätes.
„Wunder“ gibt es hier nicht, aber zumindest wird „das Gröbste“ damit verhindert“ und das kann schon ausreichen, um damit zufrieden zu sein.

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Bei Stereoverstärkern ist so etwas eher selten. Besser (in jeder Hinsicht) beraten ist man dabei aber sowieso mit externen Geräten. Davon gibt es nicht allzu viele, aber das sind dann richtige „Spezialisten“, vor allem im Bassbereich.
Hier hat sich vor allem der Hersteller DSPeaker einen tollen Namen geschaffen. Man bekommt dort mehrere Geräte mit unterschiedlicher Ausstattung angeboten.
Ich will da jetzt keine Werbung dafür machen, aber ich kenne schon mehrere Leute die sich so etwas gekauft haben und die nach (angeblich sehr einfacher) Inbetriebnahme kaum noch aus dem Staunen herausgekommen sind.

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Nicht automatisierte aktive Maßnahmen:

Nicht automatisiert, das heisst, man muss schon sehr genau wissen was man da macht. Und schlimmer noch, man muss „akustisch messen können“, denn sonst tappt man dabei sozusagen “ im dichten Nebel“.
Aber! Das was man auf diese Art erreichen kann, das kommt dem möglichen Optimum schon sehr nahe. So arbeiten Profis in Studios und so werden vollaktive Lautsprecher abgestimmt – bzw. an den Raum angepasst, in dem sie letztlich arbeiten.

Was ist dazu notwendig?
Weniger als allgemein angenommen wird. Auf Seite der Hardware genügt fast jeder PC, denn der Rechenaufwand ist hier recht gering, so wie bei der Audiowiedergabe auch.
Zusätzlich benötigt man (am besten) ein DSP Audio-Interface (ab ca. 60 Euro erhältlich) und ein Messmikrofon (ähnlich billig und im Allgemeinen ausreichend gut).
Wichtig: die meisten Messmikrofone sind Kondensatormikrofone, die zum Betrieb eine „Phantomspeisung“ (meist 48 Volt) benötigen. Übliche PC-Audiokarten haben so etwas nicht und schon gar keinen XLR-Mikrofoneingang.

Es gibt auch schon USB-Mikrofone, allen voran das vom chinesischen Herstellet miniDSP. Bei Verwendung so eines Mikrofons entfällt sogar die Notwendigkeit eines Interfaces.

Bei der Software wird es noch viel einfacher: sehr bekannt und sehr bewährt hat sich „ARTA“, das man auch „freeware“ bekommt. Die lizenzierte Variante bietet kaum etwas, das man als „Normalmensch“ wirklich braucht. Leider gibt es dieses Programm nur für WinX und nicht für den Mac.
Sowohl für den Mac als auch für WinX gibt es das kostenlose  „Audionet Carma“. Mir gefällt es fast noch besser als ARTA, weil es so einfach zu bedienen ist und trotzdem alles beinhaltet das man braucht.

Unvergleichlich schwieriger als die Messeinrichung selbst ist der richtige Umgang damit. Wer sich damit noch nie beschäftigt hat und wer die Basics davon nicht versteht, der wird sich da schwer tun. Man kann sich da nur im Internet „schlau machen“ und sich viel Zeit dazu nehmen.
Das was man aber damit erreichen kann, das ist beachtlich und man hat es für immer.
An dieser Stelle der wichtigste Tipp überhaupt, weil ich immer wieder davon erfahre, dass das falsch gemacht und nicht verstanden wird: nie mehr als einen Lautsprecher pro Messdurchgang messen, also auch kein Stereopaar gleichzeitig!

Dazu auch noch ein zweiter Hinweis: es macht keinen Sinn, jedem „schmalen Zacken“ den Garaus zu machen, weil so etwas nicht hörbar ist und auch sonst nicht stört. Wie so oft gilt auch hier „weniger ist mehr“.

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Das Einschleifen eines analogen Equalizers wäre eine recht einfache Methode, die sogar von der Grundidee her in Ordnung ist, aber mir ist aktuell kein Gerät bekannt, das vor allem im Bassbereich ausreichend viele Einsatzpunkte bietet.

Ein online Equalizer, der aber dann nur bei der Wiedergabe über den PC funktioniert, wäre eine gute und auch machbare Variante. Hier gibt es welche mit ausreichend Einsatzfrequenzen, auch im Bassbereich. Die „besseren“ davon sind allerdings meist kostenpflichtig.

Ein digitaler Signalprozessor (DSP) ist dann noch besser. Er kann alles das man benötigt, um Lautsprecher optimal an einen vorgegebenen Raum anzupassen.  Allerdings muss man sich auch damit auskennen, denn ganz primitiv ist so etwas nicht.
Zweikanalige Geräte sind da eher selten. Selbst die welche nur zwei Eingänge haben, bieten meist mehrere Ausgänge bzw. Kanäle an, so wie es für die Aktivierung von Lautsprechern notwendig ist.

Der (bereits oben erwähnte) chinesische Hersteller miniDSP (man bekommt dessen Produkte bei vielen Händlern auf der ganzen Welt, also auch im deutschsprachigen Raum) bietet eine ganze Palette an derartigen Geräten (und darüber hinaus noch viel mehr) an. Einige davon gibt es auch als Einbaumodul für Selbstbauer. Die dazu notwendige Einstell-Software ist immer dabei (online auf der Herstellerseite abrufbar). Seit vielen Jahren verwenden DIY-Leute dessen Produkte voller Begeisterung. Alles ist klein, nicht teuer und sauber gemacht. Ich wüsste momentan keine Alternative dazu. Dort gibt es auch das oben genannte USB-Mikrofon. Zu diesem Mikrofon  bekommt man auf der Herstellerseite auch eine individuelle Korrektur-Datei, um die Produkt-Streuung zu korrigieren. Alles das ist recht perfekt gemacht.
Deren kleinster DSP reicht schon aus, um Lautsprecher und Raum aneinander anzupassen.

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Der „Königsweg“:
Die Sache um die es hier geht ist etwas völlig Logisches und auch nichts Neues. Sie ist nur deshalb im Hifi-Bereich kein Thema, weil die Umsetzung davon in der Praxis nicht ganz einfach ist. Das dazu notwendige Wissen hat nämlich kaum ein Händler und auch kein „üblicher“ Endverbraucher.

Um in einem Raum tiefe Töne halbwegs gleichmäßig (perfekt funktioniert das sowieso nie) wiederzugeben, muss man verhindern, dass es zu besagten Resonanzen kommt. Und das geht am besten, indem man die von den Lautsprechern abgegebenen tiefen Schallwellen, nachdem sie den Hörplatz passiert haben, sofort wieder „absaugt“. Denn was nicht mehr da ist, das kann auch nicht mehr zurückkommen/stören/dröhnen und das ist sozusagen der Trick dabei. Diese Absaugung muss hinter dem Hörplatz erfolgen. Genau genommen ist aber auch das alles Andere als perfekt, denn jeder Raum hat bekannter Weise (mindestens) drei Dimensionen. Für wirklich perfekte Tieftonwiedergabe müsste man den Aufwand somit zumindest verdreifachen, um jede Raumdimension mit einzubeziehen!

Aber schon die nur „eindimensionale“ aktive Absaugung ist wesentlich effektiver als die mit üblichen Methoden und sie ist eindeutig hörbar, sowie auch messbar. Hier wird nichts mit einer gespiegelten Korrekturkurve addiert und/oder subtraktiert, sondern „richtig entfernt“.

In der Profiszene (die unvergleichlich seriöser ist und die technisch nicht wie die HiFi-Szene um mindestens ein Jahrzehnt hinterher hinkt) nennt man so etwas „Bassarray“ oder „Double Bass Array“ (abgekürzt DBA) wenn man dabei kanalgetrennt vorgeht.

In der Praxis funktioniert das, indem man zwei Tieftöner (aktive Subwoofer), die in der Lage sind, zumindest den gleichen Schalldruck im Tieftonbereich zu erzeugen wie die Hauptboxen, auf Ebene der Wand hinter dem Hörplatz aufstellt (möglichst symmetrisch).
Das heisst aber auch, dass es hinter dem Hörplatz noch freien Raum geben muss.

Um richtig „absaugen“ zu können, müssen diese Subwoofer:

→ gegenphasig zu den Hauptboxen arbeiten (das funktioniert leider nicht mit der eingebauten Phasejustage, die es bei aktiven Subwoofern gibt!).
→ auf gleichen Pegel eingestellt werden wie die Hauptboxen und mit deren Lautstärkeeinstellung synchronisiert sein.
→ nur bis maximal 100Hz arbeiten (minus 3db Punkt).
→ um das Maß zeitverzögert werden, den die Schallwellen benötigten, um vom Schallentstehungsort (Schallwand der Hauptboxen – oder der vorderen Subwoofer) bis zu den Bassabsaugern (also zu der Wand hinter dem Hörplatz) zu gelangen.
Für diese Zeitverzögerung ist (wieder) ein DSP notwendig, denn auf analoger Basis geht das nicht. Derselbe DSP kann dann gleich dazu dienen, um die Linearität im Bassbereich noch einmal zu verbessern.

Die notwendige Zeitverzögerung lässt sich ganz leicht errechnen: Abstand vom vorderen Schallentstehunspunkt bis zum Bassabsauger (in Metern) dividiert durch die  Schallgeschwindigkeit (ca. 340m/sec) und schon hat man den richtigen Wert in Millisekunden. Für beispielsweise 5 Meter sind das 14,7ms.

Da es sich bei tiefen Frequenzen um meterlange Wellen handelt, geht es dabei nicht um 2-3 Dezimeter, einfaches Messen mit einem Maßband reicht völlig.
Man benötigt auch keine spezielle Einmessung per Messmikrofon und Software. Theorie und Praxis passen hier bestens zusammen. Nur die Einstellung des gleichen Pegels wird ohne einem einfachen Handpegelmessgerät schwierig, weil das menschliche Gehör hier alles Andere als feinfühlig ist. Zur Not kann man sich dabei mit einem Aufnahmegerät behelfen, das einen Mikrofoneingang und manuelle Aussteuerung hat.

Mir ist völlig klar, dass sich das alles recht abschreckend liest. Kaum Jemand wird so etwas im Wohnbereich machen. Hat man aber einen eigenen Hörraum zur Verfügung und strebt man möglichst perfekte Tieftonwiedergabe an, ist die Bassabsaugung eine Überlegung wert. Jedenfalls ist so etwas „tausendmal sinnvoller“ und wirkungsvoller als teure Kabel oder sonstiges umstrittenes Zeugs.