Lautsprecher, Erstreflexionen: kohärent oder inkohärent

[KlausR.]

Hallo zusammen,

sind Stereo-Lautsprecher und Reflexionen an Begrenzungsflächen als kohärente oder inkohärente Signalquellen anzusehen? Ist dies frequenzabhängig? Gibt es konkrete Quellen zu diesem Thema (bei Sengpiel war ich schon)?

Klaus

[Hans-Martin]

Hallo Klaus,

welches Ziel verfolgst du mit der Frage?

Die primäre Signalquelle ist nicht der Stereo-Lautsprecher, sondern das Instrument, welches aufgezeichnet und wiedergegeben wird.

Kohärenz (v. lat.: cohaerere = zusammenhängen) bezeichnet in der Physik die Eigenschaft von Wellen, deren Auslenkung sich zeitlich bis auf eine Phasenverschiebung auf dieselbe Weise ändert. Als Folge der Kohärenz kann bei der Überlagerung von Wellen stationäre Interferenz sichtbar werden. Liegt eine gewünschte Form der Kohärenz nicht vor, so spricht man im Zusammenhang von Inkohärenz...
Das Vorhandensein von Kohärenz deutet daher meist auf eine gemeinsame oder zusammenhängende Entstehungsgeschichte der Wellen hin.

Das Signal lässt sich demnach als köherent bezeichnen, wenn keine davon unabhängige 2. Quelle hinzukommt.

Anderer Aspekt: Die Wiedergabe über Mehrwege-Lautsprecher ist es unter Frequenzaspekten meist nicht, denn zeitkoinzidente Lautsprecher sind Mangelware, zeitkohärent genannte Lautsprecher sind in diesem Sinne bei verschiedenen Frequenzen unterschiedlich gegenüber dem ursprünglichen Impuls versetzt, die Chassis und Weiche aber aneinander 360°-orientiert ausgerichtet (teils verpolt plus 180°), jeweils am benachbarten Frequenzbandübertrager orientiert. Gemessen wird traditionell auf Hochtönerachse in 1m Abstand, aber am Hörplatz kann auch das schon wieder anders aussehen.

Anderer Aspekt: Aber schon die Aufname in Laufzeitstereofonie stört die Kohärenz, wenn die Wiedergabe per Stereolautsprecher mit identischem Hörerabstand erfolgt. Die Aufsplittung eines Monosignals mit Panoramaregler auf Stereokanäle belässt mehr Kohärenz (ebenso Blumlein, XY, MS) Intensitätsstereofonie.
2 identische Punktschallquellen-Lautsprecher sollten helfen, die Kohärenz zu bewahren, zumindest bei Boden-und Deckenreflexionen sind keine sonst üblichen unterschiedlichen Wege zwischen den Chassis auf dem Reflex-Umweg zum Hörer.

Anderer Aspekt: Es gibt einen Konflikt zwischen Messen und Hören, weil die menschliche Lokalisation im Grundtonbereich nach Phasenunterschieden, im Obertonbereich nach Intensitätsunterschieden geschieht (Rayleighs Duplex-Theorie). Das ist unter FLOW ausführlicher diskutiert. Hier könnte man den Begriff Kohärenz ebenfalls anders auslegen, nämlich die gewünschte Lokalisation von Grund- und Oberton der Phantomschallquellen am selben Locus.

Anderer Aspekt: Wenn das Signal eines einzelnen Lautsprechers bei einer wandnahen Aufstellung mit einer frühen Reflexion per Summenlokalisation zur neuen Phantomschallquelle zusammenschmilzt, anders als bei hinreichend großem Wandabstand - so ist diese Wahrnehmung hörphysiologisch zweimal anders, auch mal anders als die Messtechnik suggeriert.

Vielleicht muss man die Frage nach der Kohärenz /Inkohärenz zunächst auf eine Frequenz beschränken, um etwas mehr Übersicht zu bekommen. Und dann bei 2 Lautsprechern, zudem erweitert auf mehrere Chassis, die obendrein im Transitbereich der Filter von 2 getrennten geometrischen Orten weichenbedingt-phasenverschoben dasselbe Signal abstrahlen.

Die technische Betrachtung sollte mMn die hörphysiologischen Aspekte nicht vergessen, eine spezielle Art der Bewertung. my 5ct.

Grüße Hans-Martin

[Fortepianus]

Hallo Klaus, hallo Hans-Martin,

ist das Problem nicht viel einfacher gelagert? Wenn ich eine einzelne Sinusfrequenz mit einem Lautsprecher abstrahle, die eine ausreichende Dauer hat, ist der entstehende Wellenzug doch kohärent im Sinn von interferenzfähig - er interferiert durch Beugungseffekte oder mit seinen Reflexionen. Wäre das nicht der Fall, hätten wir viele Probleme weniger, es gäbe keine Auslöschungen und Raumresonanzen, keine Kammfiltereffekte bei Stereo etc. Die Interferenz wird doch erst dann nicht mehr möglich, wenn der Wellenzug so kurz wird, dass sich z. B. der Wellenzug des Direktschalls und einer Reflexion nicht mehr treffen (wegen unterschiedlicher Laufzeiten). Dann läge keine räumliche Kohärenz mehr vor. Länger andauernde, eingeschwungene Töne dagegen sind, wenn man gedanklich das Frequenzgemisch fourierzerlegt in seine Sinus-Bestandteile, interferenzfähig und damit kohärent, würde ich sagen. Damit kann man nach meinem Verständnis den abstrahlenden Lautsprecher völlig getrennt betrachten von den aufgenommenen Instrumenten, der Aufnahmesituation oder der Mikrofonierung. Unabhängig davon kann man aber natürlich den linken und den rechten Lautsprecher unterschiedliche, inköhärente Schallwellen abstrahlen lassen. Stereo lebt jedoch davon, dass links und rechts eine Schallquelle lediglich zeit- und/oder intensitätsverschoben, aber kohärent abgespielt wird.

Aber auch von mir die Frage an Klaus, was ist der Hintergrund der Frage?

Viele Grüße
Gert

[O.Mertineit]

Hallo Klaus,

(ich beziehe mich direkt und ausschließlich auf Deinen Eingangspost)

Das Harman "MLL" (Mutlichannel Listening Lab), in dem bei Harman International u.a. die bekannten Tests zur Hörerpräferenz bei Lautsprechern durchgeführt wurden/werden, ist z.B. reichlich mit Diffusoren ausgestattet:

http://www.harman.com/sites/default/fil ... ingLab.pdf

Die dort u.a. von Dr. Floyd Toole mit Testhörern gewonnenen Ergebnisse beruhen daher m.E. zwangsläufig (mit) auf einer rel. hohen Diffusität des Hörraums auch bezüglich der Erstreflexionen.

Die Ausstattung des Raums hinter den (sonst vorgezogenen) Wandvorhängen ist auf S.18 des o.g. Papers recht gut zu erkennen.


Allgemein muss man sagen:

Das Maß an Diffusität der Erstreflexionen hängt von den verwendeten LS und der Raumausstattung gemeinsam ab. Von "kohärenten" Erstreflexionen auszugehen ist jedoch in den meisten Settings weder realistisch noch sind (allein) "nicht-diffuse" Erstreflexionen überhaupt erstrebenswert.

Die meisten (Mehrwege-) LS mit mehr oder weniger "marktüblichem" Aufbau sind jedoch als rel. kohärente Schallquellen auch bezogen auf relevante Winkelbereiche für Erstreflexionen (*) (vgl. hierzu auch relevante Abstrahlwinkel für die Berechnung "Early Reflection DI" d.h. Bündelungsmaß unter besonderer Gewichtung früher Raumreflexionen) anzusehen: Dem Raum und seiner Ausstattung (Möbel, Diffusoren) kommt dann besondere Bedeutung zu.


Grüße Oliver

________________

(*) D.h. Winkelfrequenzgänge (nach Betrag und Phase, insbesondere für moderate Winkel) weisen dann oft recht hohe Korrelation zum Achsenfrequenzgang auf, was beim grob vorherrschenden LS-Konstruktionsparadigma "Kolbenstrahler klein gegen Wellenlänge" erwartbar ist, solange u.a. keine übermäßige Kantenbeugung durch Gehäuse etc. eintritt.

[KlausR.]

Hallo Oliver, Gert,

hätte ich in meiner Frage wohl doch angeben sollen: es geht um die Berechnung des Summenpegels von Schallquellen, z.B. von Lautsprechern und Erstreflexionen, wobei

kohärent - Phasendifferenz ist konstant bzw. Quellen sind in Phase
inkohärent - Phasendifferenz variiert zufällig verteilt

Es geht des weiteren um die Frage, wie sich der Schallpegel am Hörplatz ändert, wenn ich die Anlage unter Beibehaltung des Stereodreiecks von einem kleineren in einen größeren Raum umziehe, ob ich also einen größeren Verstärker brauche oder nicht.

Klaus

[O.Mertineit]

Hallo Klaus,

für mittlere und hohe Frequenzen kannst Du diesbezüglich von "unkorreliert" ausgehen.

D.h. Addition zweier Schallquellen gleichen Schalldruck-Pegels wird dann mit +3dB angenommen und nicht mit +6dB.

Diese simple Grundannahme beschreibt jedoch nicht die raumakustischen "Feinheiten" oder die Realität über alle Wellenlängen in einer konkreten Situaton ... es handelt sich eher um eine statistisch begründete Annahme ("ohne tieferes Wissen zu verwenden").

Wenn ein LS natürlich mit einem Abstand "klein gegen Wellenlänge" (Tiefton ?) neben einer Wand steht,
dann ist das nicht die richtige Annahme für Reflexionen, die von dieser Wand ausgehen ...


Grüße Oliver

[KlausR.]

Hallo zusammen,

mein Schrieb (6 Seiten) zur erwähnten Frage ist fertig. Da dies ein Thema ist, bei dem ich mich so gar nicht auskenne, würde ich mich freuen, wenn jemand, der mehr Ahnung hat als ich, besagten Schrieb mal auf Fehler abklopft. Bitte PN mit einer email-Adresse, dann kann ich das pdf schicken.

Besten Dank im voraus,

Klaus

[Diskus_GL]

Hallo Oliver, Gert,

hätte ich in meiner Frage wohl doch angeben sollen: es geht um die Berechnung des Summenpegels von Schallquellen, z.B. von Lautsprechern und Erstreflexionen, wobei

kohärent - Phasendifferenz ist konstant bzw. Quellen sind in Phase
inkohärent - Phasendifferenz variiert zufällig verteilt

Es geht des weiteren um die Frage, wie sich der Schallpegel am Hörplatz ändert, wenn ich die Anlage unter Beibehaltung des Stereodreiecks von einem kleineren in einen größeren Raum umziehe, ob ich also einen größeren Verstärker brauche oder nicht.

Klaus

Hallo Klaus,

Eine Antwort auf Deine Fragen - speziell die letzte - hängt davon ab, was für LS (speziell Anstrahlverhalten) Du hast und ob Du im grösseren Raum auch zumindest ähnliche Höreindrücke haben willst.
Im grösseren Raum wird sich bei gleichen Abständen von Boxen zum Hörplatz am Pegel des Direktschalls nichts ändern. Die Reflexionen werden - mal vereinfacht gesagt - "länger unterwegs" sein und damit deswegen auch leiser am Hörplatz ankommen. Iniweweit sie dann die Höreindrücke beeinflussen - z. B. die wahrgenommenen Dynamik bzw. auch den Lautheitseindruck - hängt auch davon ab, in welchem Zeitfenster und unter welchen Winkeln die Reflexionen (im vergleich zum kleineren Raum) beim Hörer eintreffen.
Wahrscheinlich wird die Wiedergabe im grösseren Raum als leiser empfunden (bei gleichem Direktschallpegel), und vermutlich wird die Bühne sich vergrössern und auch das wird die empfundene Lautstärke der einzelen (wiedergegebenen) Schallquellen als geringer empfinden lassen.

Insofern kann man weder pauschal berechnen noch abschätzen, ob Du die Verstärkung erhöhen musst...

Eine theoretische Berechung des Lautheitseindrucks (der wiedergegebenen Schallquellen) am Hörplatz durch die Reflexionen ist - bisher - praktisch unmöglich, da der Einfluss der Reflexionen auf die Lautheitsempfindung nicht allein vom Pegel des Reflexionsschalls (an den Ohren) abhängt. Dieser Schallanteil wird zwar per Superposition auf den anderen am Ohr eintreffenden Schall aufaddiert (was bei einem messen durchaus einen erhöhten Schalldruck ergibt) aber vom Gehör nicht 1:1 als entsprechende Lautstärke (der einzelnen Schallquellen) empfunden.
(Anm.: Die einzelnen Schallquellen in dem an den beiden Ohren eintreffenen Schallverläufen - also den Summensignalen aller Schallquellen und deren Reflexionen - werden ja vom Gehör separiert und dann wird ihre jeweilige Lautstärke ermittelt, und dazu haben dann die ebenfalls separierten Reflexionen dieser Schallquelle auch einen Anteil - bez. Separation und Schallsignal an den Ohren hab ich mir auch schon mal Gedanken gemacht, um die Zusammenhänge zu verstehen: http://www.audioclub.de/index.php/angeh ... produktion , http://www.audioclub.de/index.php/angeh ... separation , ).

Grüsse Joachim

[KlausR.]

Hallo Joachim,

... hätte ich in meiner Frage wohl doch angeben sollen: es geht um die Berechnung des Summenpegels von Schallquellen, z.B. von Lautsprechern und Erstreflexionen, wobei

kohärent - Phasendifferenz ist konstant bzw. Quellen sind in Phase
inkohärent - Phasendifferenz variiert zufällig verteilt

Es geht des weiteren um die Frage, wie sich der Schallpegel am Hörplatz ändert, wenn ich die Anlage unter Beibehaltung des Stereodreiecks von einem kleineren in einen größeren Raum umziehe, ob ich also einen größeren Verstärker brauche oder nicht.

Klaus

Eine Antwort auf Deine Fragen - speziell die letzte - hängt davon ab, was für LS (speziell Abstrahlverhalten) Du hast und ob Du im grösseren Raum auch zumindest ähnliche Höreindrücke haben willst.

Ich habe bei meinen Betrachtungen jedwede psychoakustischen Effekte erstmal außer Betracht gelassen, also nur den reinen, vom Mikrophon meßbaren Summenschalldruckpegel angeschaut. Eine Lautheitsbetrachtung ließe sich wohl auch anstellen durch Umrechnen der gemessenen/berechneten dB in Lautstärkewerte nach Kurven wie in ISO 226:2003 und dann in Lautheit (Sone), diese wäre dann aber recht aufwendig, da frequenzabhängig.

Was die Zeitfenster angeht, in den 3 Beispielräumen, für die ich gerechnet habe, kommt im größten Raum (15 x 25 m) die späteste Seitenreflexion 68 ms nach dem Direktschall, könnte also als Echo wahrgenommen werden, man müsste sich mal die Hörschwellen für diesen Fall anschauen. Die Winkel und vor allem der individuelle Trommelfellfrequenzgang spielen dann natürlich auch noch eine wesentliche Rolle, letzterer lässt sich dann nicht mehr in die Betrachtungen einbeziehen, eine genaue Rechnung ist also in der Tat nicht möglich, darum ging es mir im Grunde aber auch nicht.

In meinen Beispielen habe ich den Pegel ohne und mit Berücksichtigung des Abstrahlverhaltens meiner LS berechnet.

Klaus

[Diskus_GL]

Hallo Klaus,

ich würde mir nicht so viele theoretische Gedanken machen - gerade den Einfluss von Reflexionen wird man mit einfachen Pegelmessungen oder dem Versuch einer Aufsummierung theoretisch am Hörplatz eintreffender Signalverläufe nicht nahekommen.
Sinnvoller ist da die Betrachtung der Einflüsse von Reflexionen auf die verschiedenen Höreindrücke (z. B. Dynamik, Lautheit, Tonalität, Lokalisation etc.) anhand der am Hörplatz eintreffenden Reflexionen. Das kann man mit Hilfe einer einfachen masstäblichen Zeichnung des Wohnraums mit den Positioninen der Boxen und des Hörplatzes. Dann zeichnet man in Form von gearden Linien die ersten starken Reflexionen zum Hörplatz ein - es reicht dies ähnliche wie einen Laserstrahl zu betrachten. Dann sieht man welche, mit welchen Entfernungen und unter welchen Winklen diese am Hörplatz ankommen. Anhand der Längen kann man dann die jeweiligen Verzögerungszeiten berechnen und anhand des Winkels von der Box in etwa abschätzen mit welchem Pegel (abhängig vom winkelabhängigen Abstrahlverhalten Deiner Boxen) diese jeweilige Reflexion von der Box abgestrahlt werden (im Verhältnis zum Direktschall) und damit berechnen wieviel leiser sie am Hörplatz ankommen.
Damit kann man dann z. B. in den Digarammen die in Blauerts Buch (oder z. T. auch bei Toole) abgebildet sind deren jeweiligen Einfluß etwas abschätzen....
(Ein Beispiel wie so eine Zeichnung aussehen kann, findest Du am Beispiel meines Wohnzimmers mit meinen DIpol-Boxen hier: http://www.audioclub.de/index.php/angeh ... eflexionen Da sind auch die Diagramme aus Blauerts Buch und machnes merh über Reflexionen).

Ein solches Verfahren hilft zumindest einen groben Eindruck über die im jeweiligen Hörraum am Hörplatz ankommenden Reflexionen zu erhalten um abschätzen zu können, ob ich ausreichend "gute Reflexionen" habe (>5ms und ca. -10 bis -15 db und seitlich am Ohr ankommend) oder ob ich zuviel "schädliche Reflexionen habe (<5ms und zu leise oder zu laut und vornehmlich von vorne etc.)...

Dann kann ich mit Boxen verrücken anfangen und gehörmässig weitermachen... usw.

Grüsse Joachim

[KlausR.]

Hallo Joachim,

ich würde mir nicht so viele theoretische Gedanken machen - gerade den Einfluss von Reflexionen wird man mit einfachen Pegelmessungen oder dem Versuch einer Aufsummierung theoretisch am Hörplatz eintreffender Signalverläufe nicht nahekommen.

Das ist richtig, aber darum ging es mir nicht. Die Frage war: brauche ich mehr Verstärkerleistung, wenn ich dieselbe Anlage von einem kleinen in einen größeren Raum umziehe. Solange das Stereodreieck dasselbe bleibt, ist der einzige Unterschied im Pegel der Reflexionen, den kann man berechnen, auch unter Berücksichtigung des Abstrahlverhaltens, sofern vorhanden.

Sinnvoller ist da die Betrachtung der Einflüsse von Reflexionen auf die verschiedenen Höreindrücke (z. B. Dynamik, Lautheit, Tonalität, Lokalisation etc.) anhand der am Hörplatz eintreffenden Reflexionen. Das kann man mit Hilfe einer einfachen masstäblichen Zeichnung des Wohnraums mit den Positioninen der Boxen und des Hörplatzes. [snip] Damit kann man dann z. B. in den Diagrammen die in Blauerts Buch (oder z. T. auch bei Toole) abgebildet sind deren jeweiligen Einfluß etwas abschätzen....

Kann man leider nicht! Warum nicht? Weil keine der (mir) bekannten Untersuchungen im hier vorliegenden Kontext gemacht wurde, d.h. 2 (oder mehr) -Kanal-Stereo, normale Hörumgebung mit allen Reflexionen und Nachhall, Musik. Die Untersuchungen, die mit Musik gemacht wurden, wurden im schalltoten Raum gemacht mit einem Lautsprecher als Direktschallquelle und einem anderen zur Simulation einer Einzelreflexion. Bestimmt wurden in allen Fällen die Wahrnehmungsschwellen, zu deren Bestimmung man natürlich auf eine Veränderung achten mußte, sei es bei der Klangfarbe, sei es bei der Abbildung/räumlichen Darstellung. Aus der reinen Tatsache, daß es Wahrnehmungsschwellen gibt, läßt sich also ableiten, daß eine wahrnehmbare Veränderung des Direktschalls stattfindet, ob diese dann stört, ist eine andere Frage. Nur leider gibt es keinerlei Daten für den oben genannten Normalfall.

Alle Aussagen hinsichtlich Nutzen oder Schädlichkeit Reflexionen sind also reine Spekulation.

Eine Ausarbeitung zu diesem Thema findest Du hier

viewtopic.php?p=109771#p109771

Die „allgemeine Lehrmeinung“ habe ich nach Lektüre der Gesamtheit der in den Ausarbeitungen genannten papers in die Tonne entsorgt, wo sie meiner Meinung nach hingehört.

Bei Untersuchungen wie denen von Barron & Marshall geht es hauptsächlich um Konzertsaalakustik, man muß sich also vor Augen halten, daß Verzögerungen von mehr als 20 ms in normalen Wohnräumen wohl gar nicht vorkommen, in der Regel sind es eher 10 bis maximal 15 ms (in unserm Raum von 4.5 x 8.5 m kommt die letzte Erstreflexion nach 10 ms an). Insofern sollte man in die Diagramme nicht zuviel hineinlesen.

Klaus

[Kawumm]

Guten Abend

endeckte den Thread jetzt erst

Vor Jahren erlebte ich über das Thema in zwei unterschiedlich grossen Räumen , eine ziemliche Überraschung .

mein Raum damals
5,8m x 7,9 m x 2,9m = 132,8 qm3

der andere
15 m x 19 m x 3,5 m = 997,5 qm3


Es ging um das finden des LS Typ und aus der Situation bot ich meine komplettes Set Up an :

1,75m hohe Dipol Schallwände mit im Mittel 100dB inkl. den dazugehörenden Dipol Bassarray´s

Mac Mini / USB DAC und der Elektronik ( Schaltverstärker für die Mainspeaker / & Hypex für die Arrays )

meine Erwartung war , das meine LS in dem Raum mit den kleinen Schaltverstärkern „ verhungern „ würden ... dem war aber überhaupt nicht so .

Die Positionierung war bei mir in der Raumlänge angebracht und in 3/3 ab/unterteilt . ca. 2,60 m Abstände .

Im grossen Raum war der LS Abstand zur Stirnwand 6,3 m mit einem Hörabstand von 2,6m , dementsprechend war zur Rückwand ein Abstand von ca. 10 m .

Es ging mir um denselben Hörabstand wie in meinem Hörraum .

Subjektiv empfand ich die räumliche Darstellung nicht grösser sondern deutlichst präziser , bei gleicher Volumenstellung meines Vorverstärker , wie bei mir zuhause .


Völlig anders verhielt es sich , als die Positionen nach dem Raum Drittelungs Prinzip erfolgte... pfffffttt ..

Die Erkenntnis daraus war . Es musste ein LS System her , das einen Hörabstand von mindestens 5m benötigt , das letztendlich auch dann umgesetzt wurde und der Raum sich mit Musik „füllt“