Akustische Qualitätskriterien für Proberäume

Akustische Qualitätskriterien für Proberäume
Grundlagen, Regelwerke und Planungshilfen

Die meiste Zeit musizieren vor allem Amateurmusiker wohl in Proberäumen – diese sind sozusagen die „Heimat“ der Amateurmusik. Deshalb sollte der Anspruch an eine passende Raumakustik hoch sein. Fast druckfrisch ist die ISO 23591 aus dem September 2021 mit dem Titel „Akustische Qualitätskriterien für Musikproberäume und -Säle“, die zum ersten Mal einen internationalen Standard für die akustische Gestaltung von Proberäumen vorlegt.

Die Veröffentlichung dieser Richtlinie gab den Anlass zu diesem Artikel, in dem einige fachliche Hintergründe und grundsätzliche Planungshinweise für die Akustik im Proberaum geklärt werden sollen. Doch eine allgemeine akustische Betrachtung und Planung eines Proberaumes kann nicht geschehen, dafür ist die Vielzahl an möglichen Nutzern und Ensembles zu hoch. Ein gut geplanter Proberaum muss für beispielsweise Blasorchester, Chöre, Bands oder Einzelunterricht völlig unterschiedlich ausgelegt sein.

Die entscheidenden drei Faktoren dabei sind jedoch immer:

1. Man muss sich selbst und die Mitmusiker gut hören können.
2. Es muss eine passende Raumakustik für das jeweilige Ensemble erzielt werden.
3. Man muss in einer angemessenen Lautstärke im Raum proben können, sodass das Musizieren Spaß und nicht krank macht.

Dabei ist die reine Konzentration auf die Nachhallzeit des Raumes nicht ausreichend. Vielmehr muss eine Kombination aus unterschiedlichen Faktoren betrachtet werden, die im Folgenden näher erläutert werden. Um einen Proberaum an unterschiedliche Anwendungen anzupassen, können variable Absorptionsmaßnahmen wie z. B. Vorhänge oder drehbare Wandelemente eingesetzt werden. So kann die Nachhallzeit an das jeweilige Ensemble angepasst werden und der Raum wird für verschiedene Anwendungen nutzbar.

Um nun die konkreten Anforderungen an die akustische Qualität eines Proberaums näher betrachten zu können, müssen zuerst einige akustische Grundbegriffe geklärt werden.

Grundlagen der Schallausbreitung

Wenn man sich mit dem Thema Raumakustik auseinandersetzt, geht es immer um die Ausbreitung von Schall und dessen Wirkung auf Menschen in geschlossenen Räumen. Mit dem etwas ungenauen Begriff „Schall“ ist in diesem Zusammenhang meist Luftschall gemeint, also die Ausbreitung von Schallwellen im Medium Luft. Eine solche Schallwelle bezeichnet die sich wellenförmig ausbreitenden Druckunterschiede im Trägermedium. Angeregt wird eine Schallwelle immer durch eine mechanische Schwingung, zum Beispiel durch das vibrierende Trommelfell einer Pauke oder die schwingenden Lippen eines Blechbläsers. Diese Welle wird dann im jeweiligen Instrument geformt und breitet sich danach im Raum aus, wobei diese den physikalischen Gesetzen der Akustik unterliegt. Die sich ausbreitende Schallenergie wird nach und nach durch Reibung der Luftmoleküle untereinander in Wärmeenergie umgewandelt, sodass die Schallenergie nach einer gewissen Zeit komplett umgewandelt und der Ton verklungen ist. In geschlossenen Räumen interagiert die Luftschallwelle an den Raumbegrenzungsflächen dann mit anderen Medien, wie zum Beispiel Beton, Gipskartonplatten, Glasfenstern oder Holz. Die Schallwelle wird an den Begrenzungsflächen entweder absorbiert oder reflektiert und setzt sich somit im Raum weiter fort, bis die Schallenergie vollkommen abgeklungen ist. Die Dauer bis zum vollkommenen Abklingen der Schallenergie im Raum ist die sogenannte Nachhallzeit. Man unterscheidet in der Folge auch zwischen Direktschall, also dem Anteil der Schallenergie, die direkt und ohne Umwege zum Zuhörer gelangt, und dem sogenannten Diffusschall, also die Summe aller weiteren Reflexionen. Folgende Fachbegriffe der Akustik sind für ein Verständnis von Schallausbreitung grundlegend:

Schallgeschwindigkeit: beschreibt die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwelle und ist temperaturabhängig, bei 20 °C etwa 343 m/s.

Frequenz: beschreibt die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde, entspricht der Tonhöhe, wird in der Einheit Hertz [Hz] angegeben. Stimmton im Blasorchester ist entweder das a‘ mit der Frequenz 440 Hz (oft wird auf 442 Hz eingestimmt, also etwas höher), oder das b‘ mit 466,16 Hz.

Schalldruck: Die physikalisch messbare Druckschwankung, erzeugt durch die Schallwelle, entspricht der Lautstärke, die Einheit ist Pascal [Pa].

Schalldruckpegel: das Maß zur Beschreibung der Lautstärke eines Schallereignisses. Da wir hier von einem Pegel sprechen, ist damit immer ein bestimmtes Verhältnis gemeint, in diesem Fall das Verhältnis eines gemessenen Schalldruckes in Pa zum Bezugswert der Hörschwelle des Menschen. 0 dB Schalldruckpegel bedeuten also, dass der Schalldruck genau gleichgroß ist mit der Hörschwelle, also dem kleinsten wahrnehmbaren Schalldruck, die absolute Schmerzgrenze ist mit 120 dB angegeben. Bei lauteren Pegeln, entsprechend bei stärkeren Luftdruckschwankungen, kann das menschliche Trommelfell irreparabel geschädigt werden.

Dynamik: der Unterschied zwischen minimalem und maximalem Schalldruckpegel. Je nach Größe und Besetzung des Orchesters kann der Schalldruckpegel zwischen 40 dB und 100 dB im Konzertsaal schwanken, die typischerweise angegebene Dynamik eines Symphonieorchesters wird also mit 60 dB angegeben. Direkt am Instrument werden deutlich höhere Pegel von bis zu 107 dB (Posaune im fff) gemessen.

Schallabsorption: der Vorgang, Schallenergie zu absorbieren (zu „schlucken“) und somit die Nachhallzeit zu verkürzen. Schallabsorbierende Materialien sind zum Beispiel Akustikschaumstoffe, Teppiche, Vorhänge, perforierte Holzoder Gipskartonplatten, Steinwolle oder auch schwingende Platten wie Fensterscheiben oder Holzvertäfelungen. Die Schallabsorption ist frequenzabhängig und kann sich je nach Material auch nur auf einen bestimmten Frequenzbereich beschränken.

Schallreflexion: der Vorgang, Schallenergie zu reflektieren. Analog zur Absorption ist auch die Reflexion der Schallenergie frequenzabhängig. Stark reflektierende Materialien sind schweres Holz, Fliesen, Beton, Steinwände, Gipskartonplatten und Glasscheiben (im höheren Frequenzbereich) oder Metallvertäfelungen. Das Reflexionsmuster hängt von der Geometrie der Flächen ab – hier gilt die einfache Regel aus der Optik: Einfallswinkel = Ausfallswinkel. Betrachtet man die Schallwelle als Strahl, so kann man das Reflexionsmuster für die Reflexion an harten Flächen auch grafisch darstellen und auswerten.

Anforderung an die Raumakustik in Proberäumen für Blasorchester

In der ISO 23591 werden die Proberäume hinsichtlich der unterschiedlichen Nutzungsarten in drei Kategorien unterteilt: Räume für verstärkte Musik (z. B. Bandproberaum), Räume für leise akustische Musik (z. B. Chöre, Streichquartette oder Zupforchester) und Räume für laute akustische Musik (z. B. Sinfonie- oder Blasorchester). Die folgenden Betrachtungen beziehen sich nur auf Proberäume für laute akustische Musik, da Blasorchester in jeglichen Größen und auf jeglichen Niveaus, aber auch Brass Bands immer in diese Kategorie fallen.

1. Raumgröße

Das wichtigste Qualitätsmerkmal eines guten Proberaums ist das Raumvolumen. Da die Nachhallzeit und somit die Klangfülle und das Stärkemaß maßgeblich von der Raumgröße abhängen, muss ein guter Proberaum eine geeignete Mindestgröße haben. Ist der Raum zu klein, betrachtet auf Volumen in m3/Musiker, dann muss die Nachhallzeit so deutlich wie möglich gesenkt werden, um eine extreme Lautstärke zumindest ansatzweise zu kompensieren. Dennoch kann ein zu kleiner Proberaum mit keinem nachträglich eingebrachten Material kompensiert werden: Ist ein Proberaum zu klein, sollte immer die Suche nach einem größeren Raum die erste Verbesserungsmaßnahme sein. Auch eine ausreichende Raumhöhe ist entscheidend für eine optimale Klangausbreitung. Ist die Decke zu nah an den Musikern, so kommen die ersten Schallreflexionen zu früh, was das Zusammenspiel erschwert. Niedrige Decken mit weniger als 3,5 m Deckenhöhe sollten daher akustisch behandelt werden – oft hilft das Anbringen absorbierender Materialien.

2. Flatterechos und Fokuseffekte

Schallwellen werden zwischen parallelen Flächen mehrfach reflektiert, was zu unschönen Effekten führen kann. Im höheren Frequenzbereich können sich die hin- und rücklaufende Welle dermaßen überlagern, dass Auslöschungseffekte (sog. Interferenzen) entstehen, die je nach Intensität der Reflexionen den Klang deutlich beeinflussen. Solche sich häufig überlagernden Reflexionsmuster werden Flatterechos genannt und sind in jedem Fall zu vermeiden, indem bei stark reflektierenden parallelen Flächen (z. B. zwei gegenüberliegende, parallele Betonwände) mindestens eine der beiden Flächen absorbierend gestaltet wird.

Im tieferen Frequenzbereich bilden sich bei ungünstigen Raumdimensionen sogenannte stehende Wellen aus. Das bedeutet, dass sich die hin- und rücklaufende Welle exakt überlagern, sodass an manchen Stellen im Raum der Klang gänzlich ausgelöscht, an anderen Stellen deutlich überhöht wird. Steht der Dirigent in einem ungünstigen Raum zufällig an einer Stelle, an der zum Beispiel das Kontra-A ausgelöscht ist, wird bei einem Akkord auf dem Grundton A dieser Grundton für den Dirigenten immer zu leise erscheinen. Ein optimaler Klangausgleich ist in solch einem Proberaum niemals zu erreichen. Schallreflexionen an gewölbten Flächen (z. B. an einer gewölbten Rückwand) werden bei konkaven Flächen an einem Fokuspunkt gebündelt. Somit ist eine gleichmäßige Schallausbreitung unmöglich, an vielen Stellen im Raum kommt zu wenig der reflektierten Energie an, und an wenigen Stellen im Raum wird fast die komplette reflektierte Energie gebündelt. Konkave Flächen sollten im Proberaum daher immer vermieden werden.

3. Raumdimensionen

Um ungünstige Reflexionsmuster wie Flatterechos, stehende Wellen oder Schallbündelungen zu vermeiden, kann man bei der Raumplanung bestimmte optimale Raumdimensionen beachten. Dies ist für rechteckige Räume weitgehend untersucht – optimale Verhältnisse sind zum Beispiel 1/1, 2/1, 44, 1/1, 4/1, 89 und 1/1, 48/2, 12.

Beispielrechnung für einen Proberaum mit einer Höhe von 4,5 m:
4,5mx1,48 = 6,66 m (Raumbreite) 4,5mx2,21 = 9,945 m (Raumlänge)

Eine genaue Formel für die allgemeine Berechnung optimaler Verhältnisse der Raumdimensionen kann in der ISO 23591, Anhang B.2 eingesehen werden.

4. Nachhallzeit

Die Nachhallzeit ist frequenzabhängig (häufig zu tiefen Frequenzen hin länger) und wichtigste Größe beim Charakterisieren der akustischen Eigenschaften eines Raumes, weil hierdurch der oft als „Hall“ bezeichnete Raumeindruck in einer messbaren Größe ausgedrückt wird. Der Einfachheit halber wird die Nachhallzeit in der Fachliteratur und in der Normung meist zwischen 500 Hz und 1.000 Hz gemittelt angegeben. Im Gegensatz zu den meisten anderen beschreibenden Größen ist der Nachhall eines Raumes auch von Laien leicht erkennbar und meistens deutlich wahrnehmbar. Hier gilt der Zusammenhang: Je kürzer die Nachhallzeit, desto weniger viele Reflexionen gibt es und desto „trockener“ erscheint der entsprechende Raum und umso verständlicher sind die Signale im Raum, zum Beispiel Sprache. Je länger dagegen die Nachhallzeit, desto mehr Reflexionen überlagern sich und desto diffuser, aber auch voluminöser erscheinen die Signale im Raum. Die Nachhallzeit wird beeinflusst durch das Raumvolumen und die akustische Eigenschaft der Oberflächen.

Für Proberäume mit lauter akustischer Musik wird je nach Raumvolumen eine Nachhallzeit von 0,4 bis 1,8 Sekunden in der ISO 23591 vorgegeben. Die genaue Berechnung für die Nachhallzeit in Proberäumen für laute akustische Musik basiert auf folgender Formel: (siehe Grafik)

Beispielhaft ergibt sich für den Raum mit 3.000 m3 (60 Mann Blasorchester) eine gewünschte Nachhallzeit zwischen 1,11 und 1,59 Sekunden. Die ISO 23591 gibt außerdem in obenstehender Grafik optimale Nachhallzeiten für Proberäume an.

5. Frühe Reflexionen und das gegenseitige Zusammenspiel

Für ein optimales Zusammenspiel und ein gutes gegenseitiges Hören sind frühe Reflexionen des Direktschalls unerlässlich. Für Musiker von Blasinstrumenten sind hierbei vor allem Reflexionen von der Seite wichtig, die optimalerweise mit einer Verzögerung von 17 ms bis 35 ms eintreffen sollten. Umgerechnet bedeutet das einen Umweg des Schalls von 6 m bis 12 m, das Orchester sollte also mit einem Abstand von 3 m bis 6 m zu den Seitenwänden des Proberaums positioniert sein. Bei großen Ensembles sind die Seitenwände für die in der Mitte sitzenden Musiker dann allerdings recht weit entfernt, hier können die Seitenwände auch direkt an das Orchester anschließen. Die Deckenhöhe liegt für frühe Reflexionen optimalerweise bei ca.4mbis 8 m. Dabei sollten die Deckenreflexionen nicht hart zurückkommen, sondern leicht gestreut werden. Eine Decke mit diffuser Oberfläche wäre hierfür also geeignet (leichte Abschrägungen, Diffusor-Elemente oder ähnliche Maßnahmen). Tiefere Decken sollten aufgrund der zu schnell eintreffenden Reflexionen eher absorbierend gestaltet werden, sodass das Zusammenspiel vor allem über die seitlichen und rückwärtigen Reflexionen gewährleistet wird.

6. Das Stärkemaß G

Das Stärkemaß G ist zusammen mit weiteren Faktoren ausschlaggebend für die Interaktion von Instrument und Raum. Es beschreibt, um wie viel dB der Schalldruckpegel im Raum höher ist im Vergleich zum Pegel der gleichen Schallquelle im sogenannten Freifeld, also in einer Umgebung ohne jegliche Raumbegrenzungsflächen und Reflexionen. Das Stärkemaß ist also ein Anhaltspunkt für den Verstärkungseffekt der Lautstärke durch einen Raum – je höher das Stärkemaß, desto „lauter“ ist der Raum. Beeinflusst wird das Stärkemaß wieder durch das Raumvolumen und die Nachhallzeit des Raumes. Ist das Stärkemaß G im Raum gering, klingt die Musik schwach und die Musiker neigen zur Überkompensation durch erhöhte Lautstärke, was meist zu einem harschen Klang und einer schlechten Balance führt. Ist G zu hoch, dann klingt die Musik zu laut und die Musiker neigen zur Verringerung der Dynamik. Zudem kann langfristig eine Gehörschädigung das dramatische Resultat sein.

7. Die Position des Dirigenten

Der Dirigent ist als musikalischer Leiter unter anderem für die Festlegung der Artikulation, die Tempogestaltung und die Klangbalance zuständig – diese Aspekte hängen sehr eng mit der Raumakustik zusammen. Um einen optimalen Klangeindruck im Proberaum zu bekommen, sollten für die Position des Dirigenten einige wichtige Faktoren beachtet werden.

Gerade bei niedrigem Nachhall erscheinen durch Verdeckung der vorderen Sitzreihen die hinteren Instrumente (oft Blech) an der Position des Dirigenten oft im Pegel abgeschwächt. Eine leicht erhöhte Position des Dirigenten ist deshalb sinnvoll, da hierdurch die Pegelabnahme in horizontaler Ausbreitung und die Verdeckung weiter entfernter Musiker durch andere Sitzreihen ausgeglichen wird. Konkret heißt das: Wenn ein Dirigent leicht erhöht steht, kann der Klangausgleich zwischen vorderen und hinteren Sitzreihen besser erfolgen. Eine Ohrposition des Dirigenten bei ca.2mist dabei schon ausreichend. Zudem ist für den Dirigenten ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Direktschall und Raumklang notwendig. Je besser die rhythmische Genauigkeit und das Zusammenspiel des Orchesters, desto mehr Nachhall und damit Klangvolumen kann toleriert werden. Für sehr präzises Proben des Zusammenspiels werden Räume mit kürzerer Nachhallzeit bevorzugt. Auf der anderen Seite vermittelt der Eindruck starker Räumlichkeit auch eine Steigerung des Klangvolumens und beugt zu großer Forcierung der Dynamik durch den Dirigenten vor. Eine hohe Raumhöhe unterstützt dabei den wünschenswerten Raumeindruck, der in horizontaler Richtung aufgrund des hohen Anteils an Direktschall nicht erreicht werden kann.

Multifunktionsräume

Für multifunktional genutzte Räume ergeben sich entsprechend des Nutzungszwecks vor allem unterschiedliche Soll-Nachhallzeiten. In solch einem Fall können zum Beispiel drehbare Wandelemente (eine Seite absorbierend, eine Seite reflektierend), Akustikvorhänge oder mobile Stellwände genutzt werden, um die Nachhallzeit exakt auf den Anwender einzustellen. Gerade in professionellen Orchester-Probesälen werden solche Elemente genutzt, um den Saal exakt auf jedes Ensemble und die Vorlieben jedes Dirigenten einstellen zu können. Aber auch für Amateurorchester sind variable Maßnahmen hilfreich, um Proberäume akustisch zu optimieren, die ansonsten nicht für musikalische Zwecke genutzt werden. Man denke nur an unzählige Schulräume, Sporthallen oder Gemeindezentren, die häufig eine unpassende Akustik für Orchesterproben aufweisen.

Zusammenfassung

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass eine gute Balance der verschiedenen akustischen Anforderungen der Schlüssel zum Erfolg ist. Aber auch nur dann, wenn der Proberaum das entsprechende Raumvolumen aufweist. Proben mit großen Blasorchestern in zu kleinen Räumen stellen aufgrund des zu hohen Stärkemaßes eines der akustischen Hauptprobleme der Blasorchesterszene dar, führen nicht selten zu Frust und können gehörschädigend sein. Für unpassende Räume, die nur temporär als Proberaum genutzt werden, wie zum Beispiel Sporthallen, können variable absorbierende Maßnahmen oft hinreichend korrigiert werden.

An wichtigster Stelle aber steht zunächst die Beschäftigung mit der Raumakustik, das aktive Hinhören im eigenen Proberaum und die Aufmerksamkeit der Orchester für dieses Thema. Denn im Folgenden stellt die ISO 23591 nun endlich eine Planungshilfe und Argumentationsgrundlage bereit, um die Akustik im eignen Proberaum zu analysieren, Lösungsvorschläge zu erarbeiten und am Ende hoffentlich im Sinne aller Musiker auch zu verbessern.

blasmusik Ausgabe 03-2022 | Autor: Jonas Schira 
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