Ausbreitung des Schalls
Bei der Ausbreitung einer Schallwelle gibt es mehrere Effekte, die einen Einfluss auf die Ausbreitung haben. Da diese Effekte alle relevant für die Raumakustik sind, werden sie hier als Grundlage behandelt. Fast immer ist bei der Ausbreitung einer Schallwelle die Wellenlänge „λ“ von wesentlicher Bedeutung. Die Wellenlänge ist umgekehrt proportional zur Frequenz „f“ und außerdem von der Schallgeschwindigkeit „c“ im jeweiligen Medium abhängig, die bei Luft normalerweise circa 343 m/s beträgt. Die Formel zur Berechnung lautet λ = c/f
Beugung
Ein wichtiger Effekt ist die Schallbeugung. Schallwellen können unter Umständen „um die Ecke“ gebeugt werden. Dabei gilt immer: Ist die Wellenlänge einer Schallwelle groß im Verhältnis zu einem Hindernis, so kann die Schallwelle sich um das Hindernis beugen. Andersherum betrachtet muss das Hindernis größer als die Wellenlänge der Schallwelle sein. Durch diesen Effekt kommt meist die untere Grenzfrequenz zustande, bei der Raumakustik-Module noch wirken. Ist eine Schallwelle beispielsweise deutlich größer als ein Diffusor und dessen Struktur, wirkt er bei der entsprechenden Frequenz nicht.
Reflexionen
Eine Reflexion einer Schallwelle findet immer dann statt, wenn die Schallwelle auf einen Bereich mit hoher oder niedriger Dichte oder, für uns, mit einer höheren oder niedrigeren akustischen Impedanz stößt. Dies kommt bei der normalen Schallausbreitung in der Luft nicht vor, sondern erst wenn die Welle auf ein Hindernis wie eine Wand trifft.
Wenn die Schallwelle auf eine schallharte Wand aus Materialien wie Beton, Holz oder Glas trifft, ändert sich die akustische Impedanz schlagartig. Das bedeutet, dass die fast die gesamte Schallwelle von der Wand zurückgeworfen wird. Dabei gilt analog zur Optik: Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel. Man kann sich bildlich einen Laser vorstellen, der auf einen Spiegel trifft. Solche starken, gerichteten Reflexionen führen in der Raumakustik oft zu Problemen.
Damit eine Reflexion vollständig stattfinden kann, ist noch eine weitere Bedingung wichtig: Das Hindernis muss von seinen Abmessungen mindestens genau so groß sein wie die Wellenlänge der zu reflektierenden Schallwelle.(Siehe: Beugung) Das bedeutet, dass eine tieffrequente Schwingung , die auf ein kleines Hindernis trifft, nur zu einem sehr kleinen Teil reflektiert wird und sich größtenteils um das Hindernis herum beugt. Diese Tatsache
ist enorm wichtig, wenn man Wände oder Schallreflektoren schräg
stellen möchte, um Schallwellen durch Reflexion vom Abhörpunkt oder
Aufnahmepunkt weg zuleiten. Die Wand bzw. der Reflektor muss groß
genug sein, um die Reflexion der Schallwellen überhaupt zu
gewährleisten.
Interferenzen
Unter Interferenzen versteht man Überlagerungsmuster von Schallwellen. Treffen beispielsweise zwei Schallwellen phasengleich an einer bestimmten Stelle im Raum ein, so addieren sich ihre Schalldruckverläufe zu einem doppelt so großen Schalldruck (konstruktive Interferenz). Das Signal wird an dieser Stelle um bis zu +6 dB lauter. Treffen die Schallwellen allerdings genau gegenphasig zueinander ein, so löschen sich ihre Schalldruckverläufe gegenseitig aus und der Schalldruck kann an dieser Stelle um -∞ dB auf Null reduziert werden (destruktive Interferenz). Zu diesen Mustern kommt es in der Raumakustik vor allem bei tiefen Frequenzen, dessen Wellenlänge mit einer der Raumdimensionen „aufgeht“. Man spricht hier von sogenannten Raummoden oder -resonanzen. Die Welle wird zwischen den Wänden hin und her reflektiert, und bildet lokale Überhöhungen oder Auslöschungen. Zur Lösung dieses Problems kann tieffrequente Absorption in den Raum eingebracht werden, oder es können von vornherein parallele Wände vermieden werden.
Ein relevantes Beispiel im hochfrequenten Bereich ist ein Lautsprecher, der auf eine Abhörposition ausgerichtet ist, und das Vorhandensein einer Schallharten Seitenwand, Decke oder Boden. Neben dem Direktschall, der auf direktem Weg vom Lautsprecher zur Abhöre gelangt, trifft mit einem zeitlichen Versatz auch die frühe Reflexion von der entsprechenden Wand ein. In Abhängigkeit zur Wellenlänge führt der resultierende Phasenversatz zu Überhöhungen oder Auslöschungen. Über der Frequenz aufgetragen erinnert der so entstandene Filter an die Form eines Kammes, weshalb er oft Kammfilter genannt wird. Im Sinne einer neutralen und linearen Schallwiedergabe ist dieser Effekt vor allem in professionellen Hörsituationen unbedingt zu vermeiden. Dies wird durch die Bedämpfung oder Bestückung mit Diffusoren der eben genannten kritischen Flächen realisiert.
