Psychoakustik in der Beschallungstechnik
Weil Beschallungstechnik für Menschen ist: Die Schnittstelle zwischen Technik und Wahrnehmung
Sie kennen die Spezifikationen von ELA-Verstärkern, den Frequenzgang von Lautsprechern und die Auswirkungen von Raummoden. Aber wie integrieren Sie die menschliche Wahrnehmung in Ihre technischen Entscheidungen? Die Antwort liegt in der Psychoakustik. Die Psychoakustik ist ein wichtiger, oft unterschätzter Bestandteil vieler Beschallungsprojekte. Es geht um das Verständnis dessen, wie das menschliche Gehirn verschiedene Geräusche und Klänge interpretiert und die unterschiedlichen Schallquellen wahrnimmt. Wir präsentieren Ihnen einige Beispiele aus der Praxis der Beschallungstechnik – zur Inspiration für kommende Projekte.
Die Wahrnehmung von Klang durch das menschliche Ohr
Das Ohr ist ein kompliziertes Organ, das aus drei Hauptteilen besteht: dem Außenohr, dem Mittelohr und dem Innenohr. Jedes dieser Teile hat eine wichtige Funktion bei der Wahrnehmung von Klängen. Zum Beispiel hilft das Außenohr dabei, Schallwellen aufzufangen und zum Trommelfell zu leiten, das sie dann an das Mittelohr weitergibt.
Das Mittelohr beinhaltet die drei kleinsten Knochen des Körpers: Hammer, Amboss und Steigbügel. Diese Knochen sind sehr wichtig, weil sie die Schallwellen vom Trommelfell auf das Innenohr übertragen. Dort finden sich die winzigen Haarzellen, die Schall in elektrische Signale umwandeln, die das Gehirn wiederum verarbeitet.
Wie wir Klänge wahrnehmen, hängt auch von der Frequenz, der Amplitude und der Dauer des Klangs ab
- Die Frequenz bezieht sich auf die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde, gemessen in Hertz (Hz).
- Die Amplitude bezieht sich auf die Intensität eines Klangs, gemessen in Dezibel (dB).
- Die Dauer bezieht sich auf die Länge eines Klangs, gemessen in Sekunden.
Ein Beispiel dafür, wie Psychoakustik in der Beschallungstechnik nützlich ist, sind gut gestaltete Konferenzräume. Ein professionell geplanter Konferenzraum sollte so gebaut sein, dass der Klang sich gleichmäßig im Raum verteilt. An keinem Ort im Raum sollte ein Teilnehmer durch schlechte Wahrnehmbarkeit der Sounds benachteiligt sein. Das bedeutet, dass der Raum den Schall auf eine bestimmte Art und Weise reflektieren muss, um die gewünschte Klangqualität im gesamten Raum zu erreichen.
Psychoakustische Grundlagen: FFT, ERB und die kritische Bandbreite
Fourier-Transformation (FFT)
Die Fourier-Transformation (englisch „fast Fourier transform“, daher meist FFT abgekürzt) zerlegt ein Audiosignal in seine Frequenzkomponenten. Die Formel für die FFT ist entscheidend für die Analyse der Maskierungseffekte und die Optimierung der Signalverarbeitung. Software-Tools wie MATLAB bieten FFT-Funktionen, die Ihnen bei der Analyse helfen.
Äquivalente Rektangularbandbreite (ERB)
Die „Equivalent Rectangular Bandwidth“ gibt an, wie viele Frequenzen das menschliche Ohr als „ähnlich“ empfindet. Durch die Anwendung der ERB in Ihren Planungen können Sie die Klangqualität verbessern und die Sprachverständlichkeit erhöhen. Die ERB verwenden Psychoakustiker oft in spektralen Analysen, um die psychoakustische Relevanz von Frequenzbändern zu bestimmen.
Kritische Bandbreite
Innerhalb der kritischen Bandbreite nehmen Menschen verschiedene Töne als zusammengehörig wahr. Dies ist entscheidend für die Gestaltung von Beschallungssystemen, die eine klare Sprachübertragung oder Musikwiedergabe ermöglichen.
Praktische Anwendungsfelder und Techniken der Psychoakustik
Maskierung: Die Wahrnehmung unterschiedlich lauter Klänge
Eine Anwendung von Psychoakustik in der Beschallungstechnik ist die Platzierung von Lautsprechern. Ein Experte berücksichtigt den Abstand und die Directivity Patterns der Lautsprecher und die Position der Zuhörer. So stellen wir sicher, dass der Klang gleichmäßig verteilt ist. Denn in der Psychoakustik gibt es ein Phänomen namens „Maskierung“. Dabei beeinträchtigt ein lauter (weil näherer) Klang die Wahrnehmung eines leisen Klangs. Um sicherzustellen, dass alle Töne in einem bestimmten Bereich deutlich hörbar sind, muss ein Experte für Beschallungstechnik dieses Phänomen berücksichtigen, wenn er eine Beschallungsanlage plant.
Binaurale Technologie
Binaurale Aufnahmen können ein realistisches 3D-Klangerlebnis schaffen. Durch die Verwendung von HRTF (Head-Related Transfer Function) können Sie die räumliche Wahrnehmung des Klangs steuern. Dies ist besonders nützlich in virtuellen Realitäten oder bei der Gestaltung von Heimkino-Systemen.
Beamforming
Beamforming ist eine Technologie, die es ermöglicht, den Schall gezielt in eine bestimmte Richtung zu lenken. Durch die Verwendung mehrerer Lautsprecher und die Anpassung der Phase und Amplitude der von ihnen ausgehenden Signale können Sie einen „Strahl“ oder „Beam“ von Schall erzeugen, der in eine bestimmte Richtung gerichtet ist.
Der King’s-Cross-Bahnhof in London verwendet Beamforming, um den Schall direkt zu den Wartebereichen zu lenken und die Verständlichkeit von Durchsagen zu verbessern.
Beispiele für Anwendungsszenarien
Konzertsaal
In einem Konzertsaal besteht die Herausforderung darin, ein ausgewogenes Klangfeld für ein breites Spektrum von Frequenzen zu schaffen. Durch die Anwendung von psychoakustischen Prinzipien wie der kritischen Bandbreite und der ERB können Sie die Lautsprecheranordnung und die Signalverarbeitung optimieren. So erreichen Sie eine gleichmäßige Klangverteilung und minimieren Phasenprobleme.
Konzertsaal
In einem Konzertsaal besteht die Herausforderung darin, ein ausgewogenes Klangfeld für ein breites Spektrum von Frequenzen zu schaffen. Durch die Anwendung von psychoakustischen Prinzipien wie der kritischen Bandbreite und der ERB können Sie die Lautsprecheranordnung und die Signalverarbeitung optimieren. So erreichen Sie eine gleichmäßige Klangverteilung und minimieren Phasenprobleme.
Einkaufszentren und Einzelhandelsgeschäfte
In Einkaufszentren und Geschäften ist die richtige Beschallung entscheidend für die Kundenerfahrung. Durch die Anwendung von Psychoakustik können Sie Hintergrundmusik so gestalten, dass sie angenehm ist und Gespräche nicht stört. ECMA-418 kann hier als Leitfaden für die Minimierung von Störgeräuschen dienen, die von Klimaanlagen, Rolltreppen oder anderen technischen Geräten ausgehen.
Flughäfen und Bahnhöfe
In Verkehrsknotenpunkten wie Flughäfen und Bahnhöfen ist die klare Verständlichkeit von Durchsagen entscheidend. Psychoakustische Prinzipien können helfen, die Sprachverständlichkeit zu verbessern, indem sie die akustischen Eigenschaften des Raums und die menschliche Sprachwahrnehmung berücksichtigen.
Krankenhäuser und Gesundheitseinrichtungen
In Krankenhäusern kann die richtige Anwendung von Psychoakustik dazu beitragen, eine ruhigere und angenehmere Umgebung für Patienten zu schaffen. Dies erreichen Sie durch die Maskierung von Geräuschen wie das Piepen von Maschinen oder das Klappern von Geschirr.
Sportstadien
In großen Sportstadien besteht die Herausforderung darin, sowohl den Schallpegel der Menge als auch die Klarheit der Durchsagen zu balancieren. Durch die Anwendung von Psychoakustik können Sie ein System entwerfen, das sowohl für hohe als auch für niedrige Lautstärken optimiert ist – zum Beispiel aus Line-Arrays, die sehr präzise abstrahlen.
Museen und Ausstellungen
In Museen kann die Anwendung von Psychoakustik dazu beitragen, eine intensivere Erfahrung zu schaffen. Zum Beispiel könnte in einer Kunstausstellung ein subtiler Klangteppich die Präsentation der Werke ergänzen, ohne abzulenken.
Museen und Ausstellungen
In Museen kann die Anwendung von Psychoakustik dazu beitragen, eine intensivere Erfahrung zu schaffen. Zum Beispiel könnte in einer Kunstausstellung ein subtiler Klangteppich die Präsentation der Werke ergänzen, ohne abzulenken.
Software-Tools und Messmethoden
Für die psychoakustische Analyse stehen verschiedene Software-Tools zur Verfügung, darunter MATLAB und Audacity. Diese Tools bieten Funktionen für A/B-Tests, Lautheitsskalierung und spektrale Analyse, die für die Messung psychoakustischer Phänomene unerlässlich sind.
Die Norm „ECMA-418“
ECMA-418 ist eine Norm von Ecma International, die psychoakustische Metriken für ITT-Geräte (Information Technology and Telecommunications) beschreibt. Die zweite Ausgabe wurde im Dezember 2022 veröffentlicht. Diese Norm beschreibt zwei Verfahren, um herauszufinden, ob Geräuschemissionen prominente diskrete Töne enthalten:
- die Ton-zu-Rausch-Verhältnis-Methode
- die Prominenz-Verhältnis-Methode
Die psychoakustischen Inhalte der ECMA-74 wurden in die ECMA-418, Teile 1 und 2, verschoben, um sie von den älteren Vorschriften zur Mikrofonpositionierung, dem Gerätebetrieb und der Schallpegelverarbeitung zu trennen, die in ECMA-74 verbleiben.
Anwendungsbeispiele
Stellen Sie sich ein Büro vor, in dem mehrere IT -Geräte wie Drucker, Computer und Telefonanlagen in Betrieb sind. Durch die Anwendung der ECMA-418-Richtlinien können Sie sicherstellen, dass diese Geräte so konfiguriert sind, dass sie minimale akustische Störungen verursachen. Dies verbessert nicht nur die Arbeitsumgebung, sondern kann auch die Produktivität steigern.
Warum ist ECMA-418 wichtig?
Die Einhaltung von ECMA-418 stellt sicher, dass Sie die besten Praktiken in der Psychoakustik anwenden. Dies ist besonders wichtig in Umgebungen, in denen die Klangqualität und die Minimierung von Störgeräuschen entscheidend sind, wie z. B. in Konferenzräumen, Theatern und anderen öffentlichen Räumen.
Fazit: Die Psychoakustik verbindet technisches Know-how mit dem Verständnis für menschliche Wahrnehmung
Als Errichter oder Fachplaner in der Beschallungstechnik haben Sie die Möglichkeit, dieses Wissen zu nutzen, um Systeme zu schaffen, die nicht nur technisch ausgereift, sondern auch für das menschliche Ohr optimiert sind.
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