Directivity Pattern: Das Abstrahlverhalten von Lautsprechern interpretieren

So lesen Sie Polardiagramm und Isobarendiagramm für die Lautsprecherauswahl

Wohin soll der Lautsprecher denn nun abstrahlen? Was für Fachplaner für Audiovisuelle Medien eine alltägliche Aufgabe ist, bereitet vielen Quereinsteigern und Nutzern immer wieder Kopfzerbrechen. Die Antwort lautet: Es hängt vom Abstrahlverhalten und den Anforderungen ab. Für die Richtwirkung bei Lautsprechern bürgert sich immer mehr das Wort „Directivity Pattern“ ein – auch, weil der Markt für Lautsprecher sehr international geprägt ist. Aber was sagt Directivity Pattern genau, wie wird es abgebildet und welche Schlüsse können Interessierte daraus ziehen? Hier ein Überblick.

Was nützt die Directivity Pattern bei Planung und Auswahl von ELA-Lautsprechern?

Nur wenn das Abstrahlverhalten eines Lautsprechers bekannt ist, können Sie eine Beschallung präzise planen. Denn nur so ist klar, welchen Bereich ein Lautsprecher mit seinem Abstrahlwinkel abdeckt. Fachplaner sprechen meist von einem „nominalen Abstrahlwinkel“, weil sich der genannte Abstrahlwinkel immer auf eine bestimmte Frequenz bezieht. Anders geht es nicht, da tiefe Frequenzen anders abstrahlen als hohe Frequenzen. Faustregel: Je höher die Frequenz, desto gerichteter strahlt der Lautsprecher ab.

Das Abstrahlverhalten von Clustern

Besonders wichtig ist das Abstrahlverhalten, wenn Sie aus mehreren Lautsprechern eine oder mehrere Gruppen („Cluster“) bilden möchten. Das ist fast immer der Fall, wenn mehrere Lautsprecher aus einer Richtung eine bestimmte Fläche beschallen sollen. Kennen Sie das Abstrahlverhalten, können Sie die einzelnen Lautsprecher der Cluster so anordnen, dass der Lautstärkepegel auf möglichst breiter Front gleichmäßig bleibt. Die Abstrahlwinkel überlappen sich dann so, dass der Schall sich gegenseitig addiert und keine Lücken in der Abdeckung entstehen. Voraussetzung dafür ist eine konstruktive (und nicht destruktive) Interferenz: Die Schallwellen dürfen sich nicht gegenseitig auslöschen, etwa weil die Lautsprecher zum Beispiel auf der Bühne versetzt stehen. Dabei können einige Zentimeter bereits den Unterschied zwischen konstruktiven und destruktiven Interferenzen machen. Besonders wichtig ist dabei der sogenannte Sweet Spot. Das ist der Bereich, in dem sich Personen bewegen können, ohne dass der Sound des Lautsprechers sich deutlich ändert. Die wichtigsten Methoden, um das Abstrahlverhalten von Lautsprechern abzubilden, sind das Polardiagramm und das Isobarendiagramm.

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Das Polardiagramm, international auch „Polar Plot“

Eine Variante ist das sogenannte Polardiagramm, wie hier im Bild. Bei dieser Darstellung schauen Sie von oben auf den Lautsprecher, der sich im kleinen Kreis in der Mitte befindet. In dieser Draufsicht ist der Lautsprecher nach Norden gerichtet. Das heißt, der nördlichste Punkt des Kreises, hier mit 0°/0 dB beschriftet, ist der Referenzpunkt, auf den der Lautsprecher ausgerichtet ist.

Abb.: Ein Polardiagramm für den Lautsprecher EUL-80/SW

Im Polardiagramm sehen wir drei Werte, deren Zusammenspiel zum Beispiel interessant für die Positionierung von Wandlautsprechern ist:

Der (in diesem Fall: horizontale) Abstrahlwinkel: Die 360°-Kreisform
Die Lautstärke in dB: je weiter außen auf dem Kreis, desto lauter der Lautsprecher. In unserem Beispiel ist jeder weitere innere Kreis 6 dB leiser.
Die Frequenzen: Jede Farbe steht für eine Testfrequenz.

Das Polardiagramm interpretieren

Am ganz nördlichsten Punkt, also genau horizontal-mittig vor dem Gerät, sind Lautsprecher am lautesten. In unserem Beispiel sehen wir, dass auch bei 30° auf beiden Seiten fast alle getesteten Frequenzen noch gleichmäßig laut sind. Nur bei 4.000 Hertz fällt die Lautstärke leicht ab. Die tieferen Frequenzen strahlen typischerweise besonders breit ab. Ganz konkret: Steht ein Mensch ungefähr 60° rechts von diesem Lautsprecher, hört er einen Ton mit der Frequenz 1.000 Hertz nur ungefähr 5 dB leiser als jemand, der direkt vor dem Lautsprecher steht. Eine Faustregel besagt, dass ein Verlust von mehr 6 dB zu viel ist, um dem Lautsprecher noch zu bescheinigen, dass er diesen Bereich abdeckt. Der Lautsprecher im Beispiel hat also einen effektiven Abstrahlwinkel von ungefähr 140° (70° in beide Richtungen auf der Kreisform). Hier können Sie bei der Planung von Beschallungstechnik in Räumen ganz konkret mit einer Skizze und einem Geodreieck vorgehen. Bei normaler Raumhöhe ist der vertikale Abstrahlwinkel zu vernachlässigen. Bei akustisch schwierigen Räumen mit großen Nachhallzeiten (Hallen, Kirchen usw.) kann es vorteilhaft sein, vertikal stark bündelnde Lautsprecher zu verwenden, da diese Schallreflexionen von Boden und Decke weniger anregen.

Achtung beim Produktvergleich: Beschriftung der Diagramme prüfen! Diagramme sind nur miteinander vergleichbar, wenn sie mit den gleichen Maßen arbeiten. Hier gibt es keine gesetzlichen Vorgaben. Ähnlich wie beim Frequenzgang für Lautsprecher versuchen hier einige Händler durch veränderte Maße in den Diagrammen ein besseres Bild vom Abstrahlverhalten zu zeigen. Typisch ist, dass die dB-Abstände bei der Lautstärke verringert sind. Achten Sie also darauf, ob es die üblichen 6 dB sind.

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Das Isobarendiagramm

In einem Isobarendiagramm sehen wir an der Y-Achse die Winkel, meist gekennzeichnet mit „deg“ für Degree (deutsch: Grad). Die X-Achse zeigt die Frequenzen. Wie stark die Frequenzen jeweils in den einzelnen Abstrahlwinkeln sind, ist durch farbliche Zonen gekennzeichnet. In diesem Fall ist der Farbcode in 3-dB-Schritten abgestuft von warmen Farbtönen (kein oder wenig Verlust von Schallpegel) zu kalten Farbtönen (deutlicher Verlust von Schallpegel).

Isobarendiagramme sind, wenn man sie einmal verstanden hat, sehr schnell zu vergleichen. Wenn die X- und die Y-Achse einheitlich beschriftet sind, können Sie per Isobarendiagramm auf einen Blick erkennen, wo verschiedene Lautsprecher im Vergleich ihre Stärken und Schwächen haben. Ähnlich wie beim Frequenzgang wäre hier ein möglichst gleichmäßiges Bild wünschenswert.

Abb.: Ein Isobaren-Diagramm für den Lautsprecher EUL-80/SW

Das Isobarendiagramm interpretieren

Konkretes Beispiel: Die Frequenzen vor 400 Hz sind die unteren Mitten. Diesen Bereich nehmen wir als besonders warm und angenehm wahr. Hier verliert der Lautsprecher bis zu einem Abstrahlwinkel von 200° im obigen Beispiel nur 6 dB. Beim getesteten EUL-80 handelt es sich deswegen eindeutig um einen Lautsprecher mit Stärken im Bass- und Tiefmitten-Bereich und in den unteren und mittleren Höhen zwischen 4.000 und 6.000 Hertz.

Mit unserem Magazin für Beschallungstechnik wollen wir Errichtern, Fachplanern und Quereinsteigern die Arbeit erleichtern und Inspirationen für Praxis und Planung geben. Stöbern Sie doch weiter durch unsere ELA-Themen oder lesen Sie hier, wie unser Kollege Frank Kuhl Lautsprecher-Serien für Sie optimiert.

FAQ: Häufige Fragen und Antworten rund um das Abstrahlverhalten

1. Wie kann das Abstrahlverhalten bei der Planung und Auswahl von ELA-Lautsprechern helfen?

Durch die Kenntnis des Abstrahlverhaltens können Sie ermitteln, welchen räumlichen Bereich ein bestimmter Lautsprecher mit seinem Schallfeld abdeckt. Das ist insbesondere bei der Anordnung mehrerer Lautsprecher in Clustern von Bedeutung. Das ist aber auch wichtig bei der scheinbar einfachen Frage: Wo, in welchem Abstand und wie viele Lautsprecher brauche ich eigentlich?

2. Warum strahlen tiefere Frequenzen breiter ab als höhere?

Die breitere Abstrahlung tiefer Frequenzen hängt mit ihrer längeren Wellenlänge zusammen. Dadurch sind sie weniger gerichtet und verteilen sich gleichmäßiger im Raum. Hohe Frequenzen haben eine kürzere Wellenlänge und sind daher stärker gerichtet.

3. Was bedeutet es, Lautsprecher in einem „Cluster“ zu arrangieren?

Durch eine geeignete Anordnung mehrerer Lautsprecher in einem Cluster können Sie einen gleichmäßigen Schallpegel über eine breite Front erreichen, ohne dass Lücken in der Abdeckung entstehen.

4. Was sollte ich bei der Interpretation eines Polardiagramms oder eines Isobarendiagramms beachten?

Bei der Interpretation dieser Diagramme ist es wichtig, zu verstehen, wie sich die Lautstärke und die Frequenz mit dem Abstrahlwinkel ändern. Es ist ebenfalls wichtig, darauf zu achten, dass die Diagramme auf den gleichen Maßstäben basieren. Nur so ist ein fairer Vergleich zwischen verschiedenen Lautsprechern möglich.

5. Was ist der „Sweet Spot“ in Bezug auf das Abstrahlverhalten eines Lautsprechers?

Der Sweet Spot ist der Bereich, in dem das Hörerlebnis optimal ist, da der Schall von allen Lautsprechern gleichzeitig und in der richtigen Lautstärke und Phase beim Hörer ankommt. Innerhalb des Sweet Spots verändert sich der Klang des Lautsprechers nicht signifikant, wenn sich der Zuhörer bewegt.

6. Was ist der Unterschied zwischen konstruktiver und destruktiver Interferenz?

Konstruktive Interferenz tritt auf, wenn sich Schallwellen überlagern und dadurch verstärken. Destruktive Interferenz tritt auf, wenn sich Schallwellen überlagern und dadurch abschwächen oder ganz auslöschen. Bei der Anordnung von Lautsprechern in einem Cluster ist es wichtig, destruktive Interferenzen zu vermeiden, um eine gleichmäßige Beschallung zu gewährleisten.

7. Wie unterscheidet sich das Abstrahlverhalten von Lautsprechern in vertikaler und horizontaler Richtung?

Die vertikale und horizontale Abstrahlcharakteristik eines Lautsprechers kann variieren, abhängig von der Konstruktion des Lautsprechers. Einige Lautsprecher sind so konzipiert, dass sie in horizontaler Richtung ein breiteres Abstrahlverhalten aufweisen, um einen größeren Bereich abzudecken, während sie vertikal stärker gebündelt sind, um beispielsweise unerwünschte Reflexionen von der Decke oder dem Boden zu vermeiden.

8. Wie beeinflusst das Material und die Form des Lautsprechergehäuses das Abstrahlverhalten?

Das Material und die Form des Lautsprechergehäuses können das Abstrahlverhalten erheblich beeinflussen. Ein gut gestaltetes Gehäuse kann dazu beitragen, unerwünschte Reflexionen oder Resonanzen zu minimieren, die das Abstrahlverhalten beeinträchtigen. Außerdem können Sie die Form des Gehäuses nutzen, um den Schall in bestimmte Richtungen zu lenken.

9. Kann das Abstrahlverhalten eines Lautsprechers durch digitale Signalverarbeitung (DSP) verändert werden?

Ja, durch DSP-Techniken wie Beamforming können Sie das Abstrahlverhalten eines Lautsprechers in gewissem Maße steuern. Dabei steuern Sie die Phasen und Amplituden der von mehreren Lautsprechern abgegebenen Schallsignale so, dass der Schall in bestimmte Richtungen gebündelt wird. Dies kann helfen, die Klangqualität in bestimmten Bereichen zu verbessern oder unerwünschten Lärm in anderen Bereichen zu reduzieren.

10. Warum sind bestimmte Frequenzen an verschiedenen Orten im Raum unterschiedlich laut?

Die verschiedenen Frequenzen können sich aufgrund von Raumresonanzen, Absorption durch Möbel und andere Gegenstände sowie durch das spezifische Abstrahlverhalten des Lautsprechers unterschiedlich im Raum ausbreiten. Insbesondere hohe Frequenzen werden stärker von Oberflächen absorbiert und haben ein gerichteteres Abstrahlverhalten, wodurch Personen sie in verschiedenen Teilen des Raums unterschiedlich laut wahrnehmen.

11. Wie verringere ich den Einfluss des Raumes auf das Abstrahlverhalten eines Lautsprechers?

Es gibt verschiedene Techniken, um den Einfluss des Raumes auf das Abstrahlverhalten eines Lautsprechers zu minimieren. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Akustikelementen, um unerwünschte Reflexionen und Resonanzen zu reduzieren. Eine andere Möglichkeit ist die sorgfältige Positionierung und Ausrichtung des Lautsprechers, um das Abstrahlverhalten optimal zu nutzen und Bereiche mit schlechter Akustik zu vermeiden. Schließlich können auch DSPs dabei helfen, das Abstrahlverhalten zu steuern und die Raumakustik zu korrigieren.

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