Sprachverständlichkeit bei Lautsprechern: messen und verbessern

Der Zweck eines Tonsystems ist die Übertragung von akustischen Informationen (Sprache und Klang). Im Falle der Durchsage-, Sprachalarm- und Sprachbeschallungsanlagen geht es darum, verständliche Sprache möglichst verlustfrei an die Zuhörer und Empfänger der Nachricht zu übertragen. Dieser Aspekt ist dann weitaus wichtiger als die Klangqualität selbst. Denn es ergibt keinen Sinn, ein System zu entwickeln, das keiner versteht oder die Botschaft nicht vermittelt. Obwohl Klangqualität und Sprachverständlichkeit untrennbar miteinander verbunden sind, sind sie nicht dasselbe. Es ist möglich, dass

• ein schlecht klingendes System mit hoher Sprachverständlichkeit (z. B. ein frequenzbegrenzter Druckkammerlautsprecher mit ungleichmäßigem Frequenzgang) nur sehr mäßigen musikalischen Sound liefert;
• ein hochwertiger Niederohm-Lautsprecher für die Sprachbeschallung praktisch unverständlich ist. Etwa wenn Sie ihn als Einzellautsprecher in einer großen Werkshalle betreiben. Dabei kann dieser Niederohm-Lautsprecher trotzdem eine sehr hochwertige Musikwiedergabe liefern.

Obwohl es viele Versuche gegeben hat, die Sprachverständlichkeit objektiv zu messen, ist der am häufigsten verwendete Parameter der Sprachübertragungsindex (STI) mit seinen Ableitungen. Der STI basiert auf der Beziehung zwischen der wahrgenommenen Sprachverständlichkeit und den Intensitätsmodulationen in der Stimme des Sprechers. Die STI-Methode ist in der Norm IEC 60268-16 beschrieben.

Kurz gesagt misst der STI, wie nah der übertragene Sound an der Originalschallwelle bleibt

Die STI-Werte reichen von 0 bis 1, je höher, desto besser. Wenn der an die Ohren übertragene Schall viel mehr Reflexionen enthält als das Original, ist der STI schlechter. Denn dann unterscheidet sich der übertragene Schall stark vom Original. Andersrum ist der STI höher, je ähnlicher der Ton am Ohr dem originalen Ton ist, also wenn er weniger reflektierte Geräusche enthält. Wie bei allen objektiven elektroakustischen Messverfahren misst der STI nicht die eigentliche Verständlichkeit der Sprache, sondern nur bestimmte Parameter, die stark mit der Verständlichkeit korrelieren.

Die wichtigsten Faktoren der Sprachverständlichkeit sind:

• Bandbreite und Frequenzgang der Beschallungsanlage

• Lautstärke und Signal-Rausch-Verhältnis (S/N)

• Nachhallzeit im Raum

• Raumvolumen

• Form des Raums

• Abstand zwischen Hörer und Lautsprecher

• Richtcharakteristik des Lautsprechers

• Anzahl der betriebenen Lautsprecher

• Verhältnis von Direktschall zu Nachhall (direkt abhängig von den letzten fünf Faktoren)

• Sprechgeschwindigkeit des Sprechers

• Hörvermögen des Adressaten

Zu den sekundären Faktoren der Sprachverständlichkeit gehören:

• Geschlecht des Sprechers (unterschiedliche Frequenzen der Stimme)

• Systemverzerrung

• Die Equalizer-Einstellungen der Beschallungsanlage

• Gleichmäßigkeit der Abdeckung

• Schallfokussierung und Vorhandensein von diskreten Reflexionen

• Richtung des beim Hörer ankommenden Schalls

• Richtung, Frequenz und Lautstärke von Störgeräuschen

• Vokabular und Kontext der Sprache

• Mikrofontechnik des Sprechers

• Sprechweise des Sprechers

Einige dieser Parameter sind gebäude- oder systembezogen. Andere Parameter sind abhängig von menschlichen Faktoren und liegen außerhalb der Kontrolle des Systems. Beachten Sie außerdem, dass einige wichtige Faktoren (wie der Sprecher spricht und wie der Adressat zuhört) außerhalb der Kontrolle des Systems und des Architekts liegen. Auch Effekte aus der Psychoakustik tragen zum Verlust der Sprachverständlichkeit bei, insbesondere bei sehr hohen Stimmpegeln. Niederfrequente Anteile in der Sprache können leisere, höherfrequente Töne überdecken und so deren Wahrnehmung einschränken. Eine weitere Störung sind lineare und nichtlineare Verzerrungen in der Signalkette. Diese Störungen kommen nicht nur von übersteuerten ELA-Verstärkern und schlechten Lautsprechern, sondern auch gut gemeinter, aber schlecht umgesetzter Signalverarbeitung. Eine zu starke Kompression, übersteuerte Limiter, unnötige Anhebungen oder Absenkungen im Frequenzbereich durch Equalizing verschlechtern eventuell die Sprachverständlichkeit.

Die folgenden Tipps verbessern die Sprachverständlichkeit einer ELA-Anlage:

• Richten Sie die Lautsprecher auf die Zuhörer aus, halten Sie so viel Schall wie möglich weg von den Wänden und der Decke.

• Sorgen Sie für eine direkte Sichtlinie zwischen Lautsprechern und Zuhörern.

• Achten Sie auf eine ausreichende Bandbreite bei den Lautsprechern: mindestens 250 Hz bis 6 kHz, vorzugsweise bis 12 kHz

• Vermeiden Sie Anomalien im Frequenzgang. Rollen Sie die Bässe ab und sorgen für einen angemessenen, aber nicht übermäßigen Hochtonbereich.

• Vermeiden Sie es, Lautsprecher in Ecken zu montieren.

• Minimieren Sie den Abstand zwischen dem Lautsprecher und dem Zuhörer.

• Sorgen Sie für ein Sprach-S/N-Verhältnis von mindestens 6 dB-A, vorzugsweise > 10 dB-A.

• Stellen Sie sicher, dass der Mikrofonbenutzer angemessen geschult ist und die Notwendigkeit versteht, klar und langsam in hallenden Umgebungen zu sprechen.

• Platzieren Sie das Durchsagemikrofon in einem ruhigen Bereich oder einen Unterstand. Verwenden Sie ein effektives Nahbesprechungsmikrofon mit Rauschunterdrückung.

• Nutzen Sie ein Mikrofon mit gutem (gleichmäßigem) Frequenzgang.

• Vermeiden Sie lange Verzögerungszeiten (> 50 ms). Verwenden Sie elektronische Verzögerungen und Abstände zwischen den Lautsprechern, die weniger als 15 Meter betragen.

• Verwenden Sie die automatische Rauschpegelmessung und Verstärkungsanpassung zur Optimierung des S/N-Verhältnisses.

• Verwenden Sie stark gerichtete Lautsprecher in hallenden Räumen zur Optimierung des D/R-Verhältnisses. Verwenden Sie Modelle, die eine flache oder gleichmäßig kontrollierte Schall-Leistungsaufnahme aufweisen.

• Minimieren Sie Schwankungen im direkten Abstrahlverhalten. Schwankungen von nur 3 dB können in dynamischen Räumen mit viel Bewegung nachteilig sein.

• Erwägen Sie Verbesserungen an der akustischen Umgebung. Planen Sie die Beschallungsanlage nicht isoliert; denken Sie daran, dass die akustische Umgebung die Leistung eines jeden Beschallungssystems einschränkt.

• Verwenden Sie unter sehr schwierigen Bedingungen einfaches Vokabular und kompakte, kurze Nachrichtenformate.

Moderne Beschallungssysteme nutzen digitale Signalverarbeitung (DSP) intensiv, um Sprachverständlichkeit zu verbessern. DSP-Technologien wie algorithmische Echounterdrückung können Hintergrundgeräusche reduzieren und die Sprachisolierung erhöhen. Dies ist besonders relevant in Umgebungen mit variabler Akustik oder hohem Lärmpegel, wo DSP-Algorithmen die Klangqualität signifikant verbessern, indem sie unerwünschte Geräusche filtern und die Sprache präziser hervorheben.

Die Akustik eines Raumes beeinflusst, wie Schallwellen interagieren. Eine hohe Nachhallzeit, also die Dauer, in der ein Schall nach dem Erzeugen nachhallt, kann die Verständlichkeit von Sprache beeinträchtigen. In Studien, die sich auf Klassenräume konzentrieren, wurde festgestellt, dass die Sprachverständlichkeit bei konstantem Signal-Rausch-Verhältnis mit abnehmender Nachhallzeit zunimmt. Für junge Kinder zeigte sich, dass frühe Reflexionen von Sprachklängen ähnlich wie bei Erwachsenen die Verständlichkeit verbessern. Bei konstantem Lärmpegel und variabler Nachhallzeit waren die Verständlichkeitswerte für eine Reihe von Nachhallzeiten nahe am Maximum – hier zeigt sich, dass geringe Nachhallzeiten trotz viel Lärm eine gute Sprachverständlichkeit retten können.

Bedeutet: hoher Einfluss des Raumdesigns auf die Sprachverständlichkeit 

Ein gut gestaltetes Raumdesign berücksichtigt Aspekte wie Schallabsorption, Schallreflexion und -verteilung. Schlechte Raumakustik, die durch das Reflektieren von Schall und das Verursachen schlechter Verständlichkeit von Worten und Sätzen gekennzeichnet ist, kann durch gezieltes Design verbessert werden. Gute Raumakustik hingegen, die durch die Reduzierung von Schallnachhall und die Absorption von Schall gekennzeichnet ist, macht die Sprache klarer und verständlicher. Effektive Maßnahmen zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit umfassen den Einsatz von Akustikpaneelen, Diffusoren und Bassfallen.