E7 Raumakustik und Sprachwahrnehmung

Thema

Wenn eine Schallquelle in einem geschlossenen Raum Schall abgibt, erreicht ein Teil des erzeugten Schalldrucks den Zuhörer direkt, ohne eine Oberfläche im Raum zu berühren: Dies wird als Direktschall bezeichnet. Der restliche Schalldruck trifft auf die Oberflächen des Raums – Wände, Decke, Boden und alle anderen vorhandenen Gegenstände – und wird in verschiedene Richtungen reflektiert. Die dabei entstehenden Reflexionen erreichen den Zuhörer schließlich ebenfalls, jedoch auf längeren Wegen und zu unterschiedlichen Zeitpunkten als der Direktschall.

Jede Reflexion, die von einer Oberfläche im Raum zurückgeworfen wird, trifft auf eine weitere Oberfläche und erzeugt ihrerseits eine neue Reflexion usw., bis der ursprünglich von der Schallquelle erzeugte Schalldruck den Zuhörer gleichzeitig aus allen Richtungen erreicht. Dadurch lässt sich nicht mehr feststellen, von welcher Oberfläche im Raum die jeweilige Reflexion stammt. Dieser Zustand, in dem der reflektierte Schalldruck den Raum gleichmäßig in alle Richtungen erfüllt, wird als diffuses Schallfeld bezeichnet. Solange die Schallquelle weiterhin Schall abgibt, bleibt das diffuse Schallfeld bestehen. Sobald die Schallquelle aufhört, Schall auszusenden, verschwindet der Schalldruck des diffusen Feldes jedoch nicht sofort: Er wird weiterhin reflektiert und verliert mit jeder neuen Reflexion allmählich an Energie – ein allmählicher Abfall, der als Nachhall bezeichnet wird.

Wie schnell der Nachhall abklingt, hängt davon ab, wie viel Schalldruck die Raumoberflächen bei jeder Reflexion absorbieren, anstatt ihn zurückzuwerfen. Je absorbierender die Raumoberflächen sind, desto weniger Energie bleibt bei jeder Reflexion erhalten und desto schneller klingt der Nachhall ab. Umgekehrt lassen stark reflektierende Raumoberflächen, wie Glas oder Sichtbeton, den Nachhall deutlich langsamer abklingen. Die Größe, die diese Abklingrate beschreibt, wird als Nachhallzeit bezeichnet: die Zeit, die der Nachhall benötigt, um so viel Energie zu verlieren, dass sein Pegel um 60 Dezibel unter den Pegel unmittelbar vor dem Ende der Schallaussendung sinkt.

Spricht jemand in einem Raum mit langer Nachhallzeit, ist der Nachhall einer Silbe noch nicht vollständig abgeklungen, wenn der Direktschall der nächsten Silbe eintrifft. Dadurch überlagern sich beide zeitlich im Ohr des Zuhörers. Diese Überlagerung füllt die kurzen Pausen zwischen den Silben und glättet die schnellen Intensitätsänderungen, die die einzelnen Silben unterscheiden. Dies reduziert die Sprachverständlichkeit ähnlich wie Hintergrundgeräusche, obwohl in diesem Fall die Raumakustik selbst die Störungen verursacht.

Um zu quantifizieren, wie stark der Nachhall die Sprachverständlichkeit in diesem Raum beeinträchtigt, ermöglicht dieses Modell die Simulation des Sprachübertragungsindex. Dieser Index misst, wie viele der schnellen Intensitätsänderungen, die Sprache charakterisieren und die der Nachhall normalerweise glättet, nach dem Durchgang durch den Raum erhalten bleiben. Ein nahezu maximaler Sprachübertragungsindex bedeutet, dass schnelle Intensitätsänderungen den Zuhörer nahezu unverändert erreichen, während ein niedriger Index darauf hindeutet, dass die Nachhallzeit diese so stark abschwächt, dass die Sprachverständlichkeit beeinträchtigt wird. Mit demselben Modell lässt sich für verschiedene Raumnutzungen – Konzertsaal, Klassenzimmer, Konferenzsaal – die optimale Nachhallzeit simulieren: kurz genug, um die Sprachverständlichkeit nicht zu beeinträchtigen, wenn dies wichtig ist, oder lang genug, um den Klang der Musik zu bereichern, wenn die Raumnutzung dies zulässt.

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