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 Helmholtzresonatoren (quasi Bassreflexboxen ohne eingebauten Laprecherchassis) und Plattenresonatoren kann man durchaus Verbesserungen 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 Helmholtzresonatoren mindestens so groß und leistungsfähig 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):
Zuerst einmal muss man sich dessen bewusst sein, dass man nicht die geringste Chance hat (es sei denn mit „Unmengen“ von Subwoofern im Raum) Raummoden überall im Raum zu verhindern. Man kann nur einen Punkt festlegen (in den meisten Fällen wird das der vorgesehene Hörplatz sein), den es zu optimieren gilt.
Schon einen Meter daneben stimmt dann kaum noch was.

Drei Möglichkeiten gibt es:
1.) Die primitivste, aber leider auch am wenigsten perfekte ist die, die ganze Sache einem automatischen Einmesssystem, wie es heute fast jeder A/V-Receiver (und zunehmend immer mehr Stereoverstärker) beinhaltet, zu überlassen.

2.) Schon wesentlich besser, weil ein Spezialgerät nur für diesen Zweck ist ein „DSP-Antimode“. Ich will hier keine Werbung dafür machen, googeln sie einfach danach. Das einfachste Gerät kostet keine 400 Euro und verblüfft immer wieder bezüglich seiner Funktion. Dieses einfache Gerät kann man entweder einem einzelnen oder einem Subwooferpaar vorschalten oder es (wenn vorhanden, Tape in/Tape out) in einen Vollverstärker einschleifen. Das ginge auch perfekt zwischen Vor- und Endverstärker.
Das nächst teurere Gerät kann noch um Einiges mehr, Es hat sogar symmetrische Ein- und Ausgänge und ist somit ideal für Aktivboxen, denen nur ein PC als Quellgerät vorgeschaltet wird.
Ganz perfekt ist dann das große Modell, das gleichzeitig ein hochwertiger Vorverstärker ist, an den auch analoge Tonquellen angeschlossen werden können.

3.) 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 Dunkel“.
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?
Zuerst einmal muss man messen können, was sich am Hörplatz abspielt, wo die Problemstellen liegen und wie groß sie sind.
Dazu benötigt man 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 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 um knapp über 100 Euro. Bei Verwendung so eines Mikrofons benötigt man kein Interface, es wird einfach an den PC angeschlossen.
Bei der Software wird es noch 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.
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, denn sonst kommt es zu starken Verfälschungen vor allem im Hochtonbereich! Bei der Software von Carma im Stereomodus ergibt sich das von alleine, weil zuerst der linke und dann der rechte Lautsprecher gemessen wird. Nur im Monomodus werden beide Lautsprecher gleichzeitig gemessen.

Hat man Messungen, was dann?
Ziel ist es, den Schalldruckverlauf so gut wie es geht zu linearisieren, damit die Musikwiedergabe möglichst unverfälscht ist.
Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten.
Wichtig! Vor allem im modalen Bereich (also unter ca. 200Hz) kann man nur „Berge abtragen“, aber keine „neu aufbauen“. Ein „Modenloch“ kann man nicht mittels Pegelerhöhung „füllen“.
Dazu auch noch ein zweiter Hinweis: es macht keinen Sinn, jedem „schmalen Zacken“ den Garaus zu machen zu wollen, weil so etwas nicht hörbar ist und auch sonst nicht stört. Hörbar sind breitbandge Einbrüche und Überhöhungen und selbst die erst ab einer bestimmten Größenordnung (ca. 2-3dB) und je nach Frequenzbereich.

Welche Möglichkeiten zur Korrektur gibt es?
1.) Das Einschleifen eines analogen Equalizers wäre eine recht einfache Methode, aber mir ist aktuell kein Gerät bekannt, das vor allem im Bassbereich ausreichend viele Einsatzpunkte bietet.

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

3.) Der „Königsweg“:
Ein digitaler Signalprozessor (DSP) ist der Idealfall. Er kann alles das man benötigt, um Lautsprecher optimal an einen vorgegebenen Raum anzupassen. Allerdings muss man sich damit auskennen, denn ganz primitiv ist so etwas nicht.
Zweikanalige Geräte sind 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. Aber wer weiß was die Zukunft mit sich bringt, Reservekanäle können nie schaden.

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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Eine weitere Möglichkeit will ich nicht unerwähnt lassen, die bevorzugt von DIY-Heimkino Enthusiasten verwendet wird:
Die Sache um die es hier geht ist etwas völlig Logisches und 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/Moden 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 verdreifachen, um jede Raumdimension mit einzubeziehen! Mit einzelnen Subwoofern ist so etwas fast nicht zu realisieren.

Profis lösen das auf einfachere Art, indem sie  sowohl die gesamte Frontseite eines Raumes (dort wo die Frontlautsprecher stehen) als auch die Gegenseite dazu (also die Wand hinter dem Sitzplatz) mit Tieftonlautsprechern (mittels Wandeinbau) „zupflastern“. Das ergibt pro Wand ca. 15 Lautsprecher, die in Serien- und Parallelschaltung sowohl physikalisch als auch elektrisch zu einer Einheit werden. Nach wie vor reicht zum Betrieb ein Stereoverstärker. Der linke und der rechte Kanal werden zusammengeschaltet (im Tiefbassbereich ist das völlig egal), einziger Unterschied ist die Zeitverzögerung hinten.
Selbstredend, dass so etwas nur in einem Raum machbar ist, der hauptsächlich der Heimkino- und/oder der Musikwiedergabe dient.
Der Aufwand und die Kosten sind nicht einmal so schlimm wie angenommen, für DIY-Leute ist so etwas durchaus machbar, wenn der gesamte Raum ohnehin schon „Baustelle“ ist.

Aber schon die nur „eindimensionale“ aktive Bassabsaugung (zwei Subwoofer vorne und zwei hinten) ist durchaus effektiv, sie ist eindeutig hörbar, sowie auch messbar. Hier wird nichts mit einer gespiegelten Korrekturkurve addiert und/oder subtraktiert, viel mehr wird das was Probleme macht,“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.

Voraussetzung zur rückwärtigen Bassabsaugung:

-> hinter dem Hörplatz muss es noch viel freien Raum geben.
-> die vorderen und die rückwärtigen Subwoofer müssen gleich leistungsfähig sein.
-> die rückwärtigen Subwoofer müssen gegenphasig zu den Hauptboxen arbeiten (das funktioniert leider nicht mit der eingebauten Phasenjustage, die es bei aktiven Subwoofern gibt!).
-> alle Subwoofer müssen auf gleichen Pegel eingestellt werden und deren Lautstärke muss sowohl mit den Frontboxen als auch miteinander synchronisiert sein.
-> die Subwoofer dürfen nur bis maximal 100Hz arbeiten (minus 3db Punkt).
-> die rückwärtigen Subwoofer müssen um das Maß zeitverzögert werden, den die Schallwellen benötigten, um von vorne bis nach hinten zu gelangen.
Für diese Zeitverzögerung ist 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 Schallentstehungspunkt 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.

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.