Raumakustik im Heimkino verbessern

Diffusoren: Funktionsweise, Berechnung und Selbstbau

Neben Absorbern gibt es eine weitere Maßnahme zur Verbesserung der Raumakustik, die häufig auf Bildern von Heimkinos, Studios und Musikzimmern zu sehen ist: Diffusoren. Sie haben eine gänzlich andere Funktionsweise als poröse Absorber, und erfüllen doch einen ähnlichen Zweck.

Seitliches Profil von Skyline-Diffusoren.

In diesem Artikel lernt Ihr die Funktionsweise von Diffusoren näher kennen. Wir sehen uns außerdem an, wie Diffusoren berechnet werden, damit sie wie erwartet funktionieren. Zuletzt werfen wir einen Blick auf den Eigenbau der zwei beliebtesten Arten von Diffusoren.

Aufgabe und Funktionsweise von Diffusoren

Schall verhält sich an einer Wand wie das Licht in einem Spiegel – der Einfallswinkel entspricht auch dem Ausfallswinkel. Beschallt man einen unbehandelten Raum, so wird der Schall hart an den Begrenzungsflächen reflektiert. Dabei kann die Reflexion genauso klingen wie das Direktsignal selbst, die Reflexion kommt lediglich aus einer anderen Richtung. Dabei verschlechtert sich die Lokalisation massiv, es wird keine Bühne aufgebaut und man kann die Instrumente nicht eindeutig orten.

Es gibt verschiedene Wege, dieses Problem in den Griff zu bekommen: entweder durch Absorbtion mittels poröser Absorber oder durch Diffusion. Gerade in Abhörräumen, Studios oder Musikzimmern ist es oft nicht gewünscht, den kompletten Raum mit Dämmmaterial zu behandeln, da dies auf Kosten der Lebendigkeit geht.

Das menschliche Gehör hat im Laufe der Evolution Mechanismen entwickelt, um sich an Räume und ihre Akustik zu gewöhnen. Wenn Ihr Euch mit verbunden Augen in einer Kirche aufhaltet, kann Euer Gehör in Verbindung mit dem Gehirn ungefähr bestimmen, wie groß der Raum sein muss. Das funktioniert hauptsächlich über die Nachhallzeit und erlernte Reflexionsmuster.

Absorbiert man den Nachhall in einem Raum, reduziert sich die Nachhallzeit im Idealfall über den kompletten Frequenzbereich. Bei stark bedämpften Räumen erwartet das Gehirn aber aufgrund der Größe ein anderes Schallereignis und ist dann verwirrt. Dadurch kann der Raum schnell tot und sehr ungewöhnlich klingen. Viele Menschen fühlen sich in überdämpften Räumen unwohl. Im schlechtesten Fall befestigt man Teppich oder einfachen Noppenschaum an der Wand und schluckt so nur den Hochton, anstatt, wie eigentlich wünschenswert, das gesamte Frequenzspektrum.

Aus diesem Grund wählt man entweder eine Mischung aus Absorbern und Diffusoren oder man behandelt den Raum nur mit Diffusoren. Das hat den Vorteil, dass man die Lebendigkeit erhalten kann, aber die harten Reflexionen aufgesplittet werden. Aus einer harten Schallwelle werden viele kleine — oder aus viel punktueller Energie werden viele kleine Energiestrahlen, die man auch leichter in Absorber leiten kann.

Merke: Diffusion ist immer besser als eine harte Reflexion, denn sie werden sowohl qualitativ als auch quantitativ besser im Raum verteilt!

Berechnung von Diffusoren

Es steht unterschiedliche Software zur Verfügung um einfach, schnell und unkompliziert einen Diffusor zu berechnen. Zu empfehlen ist hierfür die kostenlose Software QRDude.

Wichtig ist es, sich von vorneherein Gedanken zu machen, was mit dem Diffusor erreicht werden soll – also in welchem Frequenzbereich er wirken soll und wie viel Fläche er an der Wand oder Decke einnehmen kann.

Es gibt verschiedene Arten von Diffusoren:

  • Primitive Root Diffusoren (PRD)
    • 1D-PR-Diffusoren
    • 2D-PR-Diffusoren („Skyline Diffusoren“)
  • Quadratic Residue Diffusoren (QRD)
    • ­1D-QR-Diffusoren
    • 2D-QR-Diffusoren
  • Maximalfolgendiffusoren

Im wesentlichen sollen hier 1D-QR-Diffusoren und 2D-PR-Diffusoren besprochen werden. Der wesentliche Unterschied zwischen Primitive Root und Quadratic Residue sind die zusätzlichen Zwischenwände (Finnen) bei letzteren. Ein 2D-PR-Diffusor sieht demnach wie die typische Skyline aus, während ein 2D-QR-Diffusor mehr wie ein Setzkasten mit verschieden tiefen Fächern wirkt. Bei QR-Diffusoren ist der Wirkungsgrad etwas höher.

Geöffnete Ansicht eines 1D-QR-Diffusors.
Aufbau eines 1D-QR-Diffusors
Frontale Ansicht eines 2D-QR-Diffusors.
Aufbau eines 2D-PR-Diffusors

Quadratic Residue bedeutet „der quadratische Rest“. Dies hat mit der Formel und der Berechnungsweise des Diffusors zu tun. Es wird eine Zahl quadriert, durch eine Primzahl dividiert und nur der Rest genommen, der übrig bleibt. Die Formel zur Berechnung lautet:

d = n² mod p

Ich möchte nicht weiter auf die Berechnung eingehen, da das für die Verwendung der Software nicht relevant ist. Das läuft im Hintergrund ab. Was man dazu aber wissen sollte: Die Primzahl kann zwar frei gewählt werden, hat aber Einfluss auf die untere Grenzfrequenz.

Die Tiefe ist auch ein entscheidender Faktor bei der Wahl. Die untere noch wirksame Grenzfrequenz hängt nämlich von der Tiefe des Bauteils ab.

Merke: Aufgabe eines Diffusors ist es, den Schall in einem möglichst großen Frequenzbereich gestreut zu reflektieren.

Einsatzgebiete von 1D- und 2D-Diffusoren

1D-Diffusoren werden oft an Seiten und Rückwänden verwendet, um die Energie auf ihrer horizontalen Achse zu halten. Eine Streuung nach oben und unten findet nicht statt. Gerade im Heimkino ist es sinnvoll, die Übergänge von den Surround-Lautsprechern akustisch kleiner zu halten. Es klingt eher wie aus einem Guss und die Übergänge von Lautsprecher zu Lautsprecher sind nicht zu hart — man schließt Schalllöcher.

2D-Diffusoren werden oft an der Decke eingesetzt, um in 2 Achsen zu reflektieren. Das Ergebnis ist eine Art akustische Glocke, bei der man vom Sound umhüllt wird.

Da Schallwellen umgelenkt werden, kann bei einem nicht weiter behandeltem Raum, der Raum selbst größer klingen als er ist, da der Weg der Schallwellen länger wird.

In Tonstudios wird gerne das Konzept LEDE (Live End, Dead End) eingesetzt. Dabei wird der vordere Teil absorbierend ausgelegt und der hintere Teil reflektierend.

Achtung: Dies ist kein akustisches Rezept! Ein Raum bzw. ein Konzept muss immer individuell ausgearbeitet werden.

Das sind nur zwei von vielen Möglichkeiten die man hat, dennoch werden diese sehr häufig eingesetzt.

Anleitung für den Bau

Das schöne an Diffusoren ist, dass man sie relativ leicht selbst bauen kann. Es kommt im Wesentlichen nur darauf an, die berechnete Form exakt einzuhalten, damit der Diffusoren seine Aufgabe wie vorgesehen erfüllt. Alles weitere ist reine Fleißarbeit.

Material

Fertiglösungen bestehen häufig aus Leichtbaumaterial, wie aufgeschäumtem Styropur (EPS/XPS). Der Vorteil dabei ist das geringe Gewicht bei der Überkopfmontage.

Ein Diffusor muss aber eine schallharte Oberfläche besitzen, um ein möglichst großes Frequenzspektrum zu reflektieren. Dafür eignen sich hauptsächlich viele Holzarten. Theoretisch würde aber auch Metall oder Glas funktionieren, auch wenn das natürlich schwieriger zu verarbeiten ist.

Ihr solltet aber darauf achten, eine Holzart zu wählen, die nicht viel Wasser aufnimmt, weil das sonst unter Umständen zu schimmeln beginnt. Ein guter Anhaltspunkt ist, sich für Holz zu entscheiden, das auch für eine Sauna geeignet wäre — zum Beispiel nordische Fichte.

Bei den 1D-Diffusoren kann Styrodur unterbaut werden. Das hat den Vorteil, dass man die Zwischenbretter beim Leimen darauf ablegen kann.

Abmessungen

Je größer die Fläche von einzelnen Diffusoren oder auch Verbunden aus mehreren Diffusoren, desto effizienter ist die Funktion. Es bringt nichts, wenn ein einzelner Diffusor an einer Wand hängt. Dafür ist das Verhältnis zu gering und Ihr werdet keinen Unterschied hören und messen können.

Materialstärke

Wichtig ist es, dass der Diffusor eine gewisse Eigenstabilität aufweist. Das geht bei der Rückseite los. Ich empfehle hier mindestens 15 mm Materialstärke, besser noch 18 mm. Bei den Stellbrettern (Fins) sollten es mindestens 6 mm sein, besser 8 mm. Die Abmessungen kommen aber auch auf das Verhältnis an und in welchem Frequenzbereich der Diffusor spielen soll. Das wird Euch aber die Software sagen.

Werkzeug und Verarbeitung

Ihr benötigt jede Menge Schraubzwingen, einen Band- ­oder Schwingschleifer, Holzleim, Runddübel oder Lamellos, eine Dübelfräse, eine Kappsäge und eine Handkreissäge. Zusätzlich ist eine Tischkreissäge zu empfehlen.

Natürlich könnt Ihr auf die Sägen verzichten und Euch das Holz gleich im Baumarkt fertig zusägen lassen. Dazu solltet Ihr aber alle Maße vorher sauber notieren, damit der Mitarbeiter am Holzzuschnitt keinen Anfall bekommt.

Vorgehensweise

Zuerst sägt Ihr Euch die Grundplatte zu. Das ist beim 1D- und 2D-Diffusor der gleiche Vorgang.

1D-QR-Diffusoren

Ein im Bau befindlicher 1D-QR-Diffusor, bei dem bereits mehrere Etagen verleimt wurden.Als nächstes solltet Ihr die Seitenbegrenzung sägen, dies sollte das gleiche Material sein, wie auch der Boden, um dem Kasten Stabilität zu verleihen. Zwei Seitenwände, die sich an einer Ecke treffen, sollten zuerst verschraubt und verdübelt werden. Bevor es weiter gehen kann muss der Leim trocknen und mit Schraubzwingen fixiert werden.

Nun habt Ihr einen Anschlag an zwei Seiten des Diffusors. Darin könnt Ihr nun das erste zugesägte Styrodurteil auflegen. Das erste Stellbrett kann danach senkrecht eingeklebt werden.

Ein im Bau befindlicher 1D-QR-Diffusor, der mit Schraubzwingen und Spanngurten fixiert wurde.Habt Ihr diese Vorgänge wiederholt bis Ihr auf der anderen Seite angekommen seid, dann gilt es jetzt, die anderen beiden Seitenbegrenzungen zu fixieren und zu kleben. Am besten Ihr spannt das Ganze mit großen Schraubzwingen oder mit Spanngurten zusammen.

Dann entfernt Ihr alle Zwingen und Spanngurte und schleift die Kanten und die Übergänge. Gerne könnt Ihr auch die Kanten mit einer Oberfräse und einem 45-Grad- oder Radienfräser brechen. Falls der Diffusor sichtbar ist, könnt Ihr diesen lackieren, um ein optisches Highlight zu schaffen.

2D-PR-Diffusoren

Der Bau von 2D-Diffusoren macht Spaß, ist aber eine Fleißaufgabe. Ihr kürzt dabei hauptsächlich Holzlatten und achtet darauf, wohin die entstandenen Klötze verleimt werden. QRDude gibt Euch eine schöne Übersicht, wie viele Klötze Ihr mit welcher Länge benötigt.

Am wenigsten durcheinander kommt Ihr, wenn Ihr die Klötze zur Probe aufbaut und nach einer Kontrolle Stück für Stücke alle miteinander verleimt. Dazu klebt Ihr die Klötze auf die Grundplatte und wenn möglich auf die sich treffenden Flächen, um eine Stabilität untereinander zu erzielen.

Das ist schon alles — keine große Sache, wenn man den Dreh einmal raus hat. Nur ist das eben mit viel Sägearbeit und Holzstaub verbunden.


Ein Diffusor ist eine gute Möglichkeit, Eure Raumakustik zu verbessern. Der Selbstbau ist relativ einfach, wenn man Spaß an der Arbeit mit Holz hat. Zudem sehen Diffusoren einfach cool aus und beeindrucken besonders unerfahrene Gäste.

Zubeachten ist letztendlich noch, dass Diffusoren ein wenig Platz brauchen, um richtig funktionieren zu können. In sehr kleinen, engen Räumen kann sich der Schall nicht ausreichend entfalten, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Wenn Ihr also ein Platzproblem habt, ist es ratsam, die verfügbaren Flächen lieber für Absorbtion durch poröse Absorber zu nutzen.

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