Diffusion entschlüsseln

Diffusion – ein Rätsel?

Diffusion ist echt ein Rätsel. Einerseits ist sie wahrscheinlich die bekannteste Art der akustischen Behandlung, vor allem wegen dieser coolen Skyline-Diffusoren, die man nicht so schnell vergisst. Andererseits ist sie wahrscheinlich auch die am meisten missverstandene aller akustischen Behandlungsoptionen. Außerdem kann man sich leicht von der riesigen Auswahl an Möglichkeiten zur Diffusion in einem Studio, Theater oder Raum überfordert fühlen. Wir haben zwar schon mal die verschiedenen GIK-Optionen für die akustische Behandlung höherer Frequenzen behandelt, aber noch nicht wirklich ins Detail gegangen, was die einzelnen Typen unterscheidet und warum man einen Diffusionstyp einem anderen vorziehen sollte.

Fakt ist, dass es mehrere Arten der Diffusion gibt, die alle unterschiedlich klingen: akustisch unterscheiden sie sich voneinander, von der Absorption und von unbehandelten reflektierenden Oberflächen. Die Unterschiede zwischen ihnen werden oft noch verstärkt, wenn es um die kleinen Räume geht, mit denen die meisten von uns arbeiten. Schauen wir uns das mal genauer an ...

Grundlagen der Diffusion

Wenn du eine Auffrischung der Grundlagen der Diffusion brauchst, empfehle ich dir zwei Artikel: Diffusion ist ein wunderbares Werkzeug und Kleine Räume, hohe Frequenzen: Ein ausgewogener Raum mit den patentierten Akustikbehandlungen von GIK Acoustics. Diese beiden Artikel bieten eine hervorragende Grundlage sowohl für die Diffusionstheorie im Allgemeinen als auch für die praktische Anwendung der Akustikbehandlungen von GIK Acoustics.

Um ein paar grundlegende Konzepte zur Rolle der Diffusion in einer Behandlungsstrategie zu wiederholen: Diffusion ist eine von drei Möglichkeiten der akustischen Behandlung einer Oberfläche. Die erste und bekannteste ist die Absorption, die Reflexionen reduziert oder eliminiert, indem sie die Schallenergie aus dem Raum entfernt. Die zweite ist die Reflexion, bei der eine abgewinkelte Oberfläche installiert wird, um den reflektierten Schall in eine nützliche Richtung zu „lenken”, typischerweise weg vom Zuhörer oder Mikrofon. Die Diffusion ist die dritte Methode, die eine „gleichmäßige Streuung” erzeugt, d. h. den Schall gleichmäßig in alle Richtungen verteilt. Die Art und Eigenschaften dieser Streuung sind hier für uns von Interesse. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Streuung zu erreichen, die sich jeweils geringfügig unterscheiden.

Streuung & Dispersion

Aber was meinen wir eigentlich mit Streuung? Streuung ist kein sehr präziser Begriff; wenn wir im Zusammenhang mit Schall von „Streuung” sprechen, meinen wir in der Regel eigentlich „Dispersion”. Und es gibt zwei große Arten der Dispersion in Bezug auf die Diffusion: räumliche Dispersion und zeitliche Dispersion, die einfach die Streuung über Raum und Zeit beschreiben. Um diesen Punkt zu veranschaulichen, greifen wir auf die Billardkugel-Metapher zurück, die häufig zur Beschreibung von Schallreflexionen verwendet wird.

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Eine normale, unbehandelte, reflektierende Wand würde eine Schallreflexion wie eine Billardkugel behandeln, die vom Tisch abprallt. Hier gelten die normalen physikalischen Gesetze: Der Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel, sodass die Billardkugel vom Tisch abprallt, sich in einer vorhersehbaren Richtung entsprechend ihrer ursprünglichen Flugbahn bewegt und relativ unbeschadet aus der Reflexion hervorgeht (d. h. es ist immer noch dieselbe Billardkugel).

Was passiert aber, wenn wir am Reflexionspunkt einen Diffusor anbringen, sodass die Billardkugel auf den Diffusor trifft? Wenn der Diffusor richtig funktioniert, zerbricht die Billardkugel in mehrere Fragmente, die sich jeweils gleichmäßig in ihre eigene Richtung relativ zum Reflexionspunkt ausbreiten. Dies ist räumliche Dispersion: Die Fragmente der Billardkugel werden gleichmäßig in alle Richtungen (über die 180-Grad-Ebene des Diffusors) verstreut.

Gute Diffusoren zeigen aber auch zeitliche Streuung. Stell dir vor, jedes Billardkugelfragment kommt zu einem etwas anderen Zeitpunkt aus der Reflexion heraus, fast so, als würden die Fragmente aus einem Maschinengewehr abgefeuert, das wild hin und her geschwenkt wird (über die Diffusionsfläche), bis alle Fragmente abgefeuert sind.

Der wichtige Punkt ist, dass ein guter Diffusor Reflexionen sowohl räumlich als auch zeitlich streut. Welche Diffusionsdesigns gibt es also und wie schneiden sie im Vergleich zueinander ab? Wir werden drei große Kategorien von Diffusionen besprechen: Reflexionsphasengitter, Geometric Diffusoren und binäre Amplitude-Diffusoren.

Reflexionsphasengitter

Reflexionsphasengitter sind die älteren und allgemein bekannteren Diffusoren. Sie bestehen aus einer Platte, die in Vertiefungen oder Gitter mit gleicher Breite und variabler (genau berechneter) Tiefe unterteilt ist. Diese Gitter können eindimensional (planar) oder zweidimensional (Skyline) sein, was bedeutet, dass sie den Schall über eine Ebene (links-rechts) oder zwei Ebenen streuen. (links-rechts, oben-unten). Es gibt verschiedene Arten von Phasengittern, darunter Maximum Length Sequence (MLS), Quadratic Residue (QRD) und Primitive Root (PRD). Die Unterschiede zwischen ihnen kommen von verschiedenen mathematischen Algorithmen, die zur Berechnung der Wellentiefenmuster verwendet werden. Sie funktionieren ähnlich, mit ein paar wichtigen Unterschieden.

Die unterschiedlichen Wellentiefen sorgen für räumliche Diffusion, da der von den Gittern abgegebene Schall in verschiedene Richtungen abgestrahlt wird. Außerdem sorgen sie für zeitliche Diffusion, da der Schall leicht unterschiedliche Entfernungen zurücklegen muss, bevor er von der Rückseite der Welle reflektiert wird. Außerdem ist jede Vertiefung auf eine andere Frequenz (die Wellenlänge der Vertiefungstiefe) „abgestimmt”, und in unmittelbarer Nähe der Vertiefung ist diese Resonanz hörbar. Das ist ein Grund, warum es gut ist, einen gewissen Abstand zu einem Reflection Phase Grating zu halten, damit diese Resonanzen weit genug entfernt sind, dass sie nicht mehr hörbar sind.

Außerdem hat dieser Typ von akustischem Diffusor keine wirklich gleichmäßige Streuung in alle Richtungen; sein Streueffekt ist bei der abgestimmten Frequenz und ihren Oktaven optimiert, was zu „Keulen” in der Streuung mit einer ordentlichen Dispersion zwischen den einzelnen Oktaven führt. Um auf die Analogie mit den Billardkugelfragmenten zurückzukommen: Das bedeutet weniger Fragmente der „explodierten” oder gestreuten Billardkugel, die jedoch gleichmäßig verteilt sind.

Aber trotz dieser Einschränkungen sind Reflection Phase Grating-Diffusoren wie der GIK Acoustics Q7D oder der GIK Acoustics GridFusor innerhalb ihres Betriebsbereichs echt effektiv. Wenn sie in Situationen eingesetzt werden, in denen ihre Stärken maximiert und ihre Schwächen minimiert werden, sind sie oft die beste Option für die gesamte akustische Diffusionsleistung, wenn es der Platz und das Budget erlauben.

Geometrische Diffusoren

Geometric Diffusoren sind vielleicht die einfachste Art von Diffusoren, da es sich um einfache reflektierende Oberflächen handelt, die zu einer konvex gekrümmten Oberfläche gebogen sind. Diese Form bietet je nach Einfallswinkel einen unterschiedlichen Reflexionswinkel, was zu einem akustischen Streueffekt und einer messbaren Diffusion führt. Geometric Diffusoren eignen sich auch gut für Hybridkonstruktionen; sie können sowohl diffusions- als auch absorbierend wirken. Die Diffusionsleistung ist bei normalem Einfall gut, also bei Geräuschen, die direkt vor dem Poly-Diffusor entstehen. Die Diffusionsleistung bei schrägem Einfall, also bei Geräuschen, die in einem Winkel auf den Diffusor treffen, ist nicht so gut.

Geometric Diffusoren profitieren auch davon, wenn sie voneinander entfernt angeordnet werden. Wenn man zwei Diffusoren derselben Form direkt nebeneinander anbringt, entsteht zwischen ihnen eine konkave Form, die durch die Bündelung der Schallwellen Resonanzen verursachen kann. Für die Flankierung eines Geometric Diffusors ist Absorption oft die bessere Wahl. Bei richtiger Anwendung können Geometric Diffusoren wie der GIK Acoustics Polyfusor ebenfalls hervorragende Ergebnisse erzielen, insbesondere in Kombination mit anderen akustischen Maßnahmen

. Binäre Amplitude

Binary Amplitude Diffusoren sind eine andere Methode, um Diffusion zu erzeugen. Wie Reflexionsphasengitter basieren auch sie auf mathematischen Sequenzen, aber anstatt Vertiefungen unterschiedlicher Tiefe verwenden sie eine Abfolge von Oberflächen, die zwischen Reflexion und Absorption wechseln. Diese binäre Sequenz (Reflexion ODER Absorption) erzeugt eine variable Impedanz und sorgt für Diffusion. Die Diffusion kann entweder planar (eindimensional) oder zweidimensional sein.

Insgesamt ist die Diffusionsleistung vielleicht nicht ganz so gut wie bei Reflexionsphasengittern, aber dieses Design hat mehrere Vorteile:

• Absorption und Diffusion zusammen. Diese Art von Diffusoren sorgt von Natur aus für akustische Absorption und Diffusion bei verschiedenen Frequenzen, was besonders in kleinen Räumen nützlich ist, wo man nicht wirklich zu viel Absorption im niedrigen Frequenzbereich haben kann, aber die Lebendigkeit oder Atmosphäre im hohen Frequenzbereich erhalten möchte. Diese Art von Diffusor hat einfach einen angenehmen Klang, der sich von anderen Diffusor-Designs oder reiner Absorption unterscheidet.

• Größere Nähe. Ein Vorteil von Binary-Amplitude-Diffusoren ist, dass man näher an ihnen sitzen kann, ohne die negativen Auswirkungen der Phase-Grate-Diffusion zu spüren. Letztere Diffusionsart basiert auf Vertiefungen unterschiedlicher Länge und Resonanzen, die hörbare Verfärbungen erzeugen, wenn man sich ihnen zu nahe befindet. Der Binary-Amplitude-Diffusionsmechanismus erzeugt keine Resonanzen in gleicher Weise, sodass sie den Klang in unmittelbarer Nähe nicht verfärben.

• Minimiertes Lobing. Lobing ist ein Problem bei manchen Diffusor-Designs, aber die binären Amplitude-Diffusoren haben nicht so viel Lobing wie andere Designs, selbst wenn ihre Sequenz wiederholt wird.

• Bessere Ästhetik. Binäre Amplitude-Diffusoren können mit einer einheitlichen Tiefe gebaut werden, was oft viel besser zu der vorhandenen Architektur und Einrichtung passt. Außerdem können die Paneele ziemlich dünn sein (im Fall des Alpha 2A nur 2 Zoll) und trotzdem eine effektive Diffusion bieten. Sie können auch mit Stoff bezogen werden, um ein einheitliches Erscheinungsbild mit anderen Produkten (Absorber, Bassfallen) im Raum zu erzielen.

Wegen all dieser Vorteile sind die GIK Alpha-Paneele oft die beste Wahl für die Akustik kleiner Räume. Sie sorgen für eine Diffusion mit dünneren, ästhetisch ansprechenderen Paneelen, die sich leichter in kleine Wohnräume integrieren lassen und in vielen Fällen auch eine bessere Leistung bieten, da der Zuhörer näher an ihnen sitzen kann und mehrere Alpha-Paneele nebeneinander platziert werden können, ohne dass die Leistung durch Lobing beeinträchtigt wird. Alpha-Paneele bieten auch Absorption bei niedrigeren Frequenzen, was in kleinen Räumen immer hilfreich ist. Darüber hinaus sorgt die Vorderseite des Alpha-Paneels für einen Membraneffekt, der die Absorption bei Bassfrequenzen erhöht, was wiederum in kleinen Räumen sehr vorteilhaft ist.

Kombinieren

Wie du siehst, haben alle Arten von Diffusoren bestimmte Stärken und Schwächen. Gäbe es nur einen einzigen perfekten Diffusortyp, wären mehrere Optionen überflüssig. Aber alle Optionen klingen akustisch unterschiedlich und können eine Rolle bei der Akustikbehandlung eines bestimmten Raums spielen. Nachdem du dir die Stärken und Schwächen der einzelnen Designs angesehen hast, weißt du jetzt besser, wie du deinen Raum am besten mit Diffusoren ausstatten kannst. Während Eckbassfallen und Absorption an Reflexionspunkten nach wie vor die wichtigsten akustischen Behandlungsstrategien sind, kann der effektive Einsatz von Diffusion einen guten Raum noch verbessern und ihn für Audiozwecke wie Hören, Aufnehmen, Mischen oder Mastern wirklich großartig machen.

Wenn du dir unsicher bist, frag uns um Rat

. Wie immer helfen wir dir gerne mit unserer langjährigen Erfahrung und den patentierten GIK Acoustics-Behandlungen dabei, die für deinen Raum und dein Budget am besten geeignete Diffusionsart zu finden. Kontaktier uns für eine kostenlose akustische Beratung.