Bei Großveranstaltungen ist der Einsatz von im Vorfeld berechneten Subwooferanordnungen mit definierter Richtwirkung seit geraumer Zeit gang und gäbe.
Aber auch für mittlere Beschallungsanwendungen lohnt sich eine Beschäftigung mit der Funktionsweise der verschiedenen Möglichkeiten durchaus. Ausreichend Material (also Lautsprecher + Endstufen) vorausgesetzt, verspricht eine gerichtete bzw. kontrollierte(re) Abstrahlung des Tiefbassbereichs nämlich eine Reihe qualitativer Vorteile – bei vergleichsweise überschaubarem Vorbereitungsaufwand:
- interferenzbedingte Frequenzauslöschungen und -überhöhungen im Bassbereich können vermieden bzw. vermindert werden
- vor der Bühne bzw. auf der Tanzfläche entsteht mit der verfügbaren Leistung mehr Schalldruck
- durch Nutzung von Summierungseffekten können bei gleichem Materialaufwand höhere Reichweiten erzielt und somit weiter entfernte Zuschauerplätze besser versorgt werden
- Bereiche außerhalb der eigentlichen Zuschauer- bzw. Tanzfläche (z.B. Getränkeausgabe, Merchandise) können deutlich leiser gestaltet werden
- durch eine besser verteilte Anordnung der Subwoofer kann der maximal erlaubte Peak-Schalldruckpegel der DIN15905-5 von Lc = 135 dB bei Bassfrequenzen leichter eingehalten werden
- der Bühnen- und Backstagebereich wird nicht durch Beschallungssubwoofer „vollgedröhnt“, wodurch sich auch potentiell weniger Feedback-Probleme ergeben und ein besserer Monitorsound realisiert werden kann
Im Folgenden wollen wir uns einen Überblick über die am häufigsten eingesetzten Subwooferanordnungen und deren Funktionsweise verschaffen. Grundsätzlich sind fast immer auch Kombinationen aus den verschiedenen Varianten denkbar. Neben aller grauer Theorie hilft beim Experimentieren z.B. die kostenfreie Simulations-Software Mapp Online Pro von Meyer Sound, um das für eine Veranstaltung passende Subwoofer-Setup zu planen. Diese lässt sich mit Abstrichen durchaus auch für Simulationen anderer Fabrikate verwenden, da die grundsätzliche Pegelverteilung und Richtwirkung der diversen Anordnungen im Prinzip mit allen Subwoofern so stattfindet.
1. L(C)R-Aufstellung
Zunächst lohnt es sich, die für Basssysteme immer noch sehr häufig eingesetzten Beschallungs-„Standards“ L/R bzw. LCR mittels Simulation zu betrachten, um sich der grundsätzlichen Problematik bewusst zu werden.
Man sieht bei der konventionellen L/R-Aufstellung Richtung Publikumsbereich (in der Simulation Richtung rechts) drei keulenförmige Schallausbreitungsrichtungen mit zwei deutlichen Lücken. Dort beträgt der Pegelverlust aufgrund von Auslöschungen bis zu 36 dB. Die Zuschauer, welche direkt vor den Subwoofer(-Stacks) stehen, sind zusätzlich hohen Lautstärken ausgesetzt, während in 10 Metern Abstand bereits 18 dB weniger ankommen. Obwohl manchmal die Raumakustik etwas hilft diese Probleme abzumildern, sollte klar sein, dass dieses Setup abgesehen von Low-Budget-Produktionen oder wenn bauliche bzw. optische Gründe keine Alternative zulassen, nicht den Idealfall darstellen kann.
Lamba (λ)
- Physikalisches Zeichen für die Wellenlänge, damit wird der der kleinste Abstand zweier Punkte gleicher Phase einer Welle bezeichnet.
Auch durch Hinzunahme eines Center-Subwoofers verbessert sich die Situation nicht maßgeblich. Wie in der Simulation (Abbildung 2) zu erkennen ist, bildet sich aufgrund des großen räumlichen Abstands der Lautsprecher (>λ/2) und der dadurch zu unterschiedlichen Phasenlagen der einzelnen Subs ein Pegelloch in der Mitte des vorderen Zuschauerbereichs. Zusätzlich wird signifikant mehr Energie in Richtung Bühne abgestrahlt.
Sofern nur eine geringe Anzahl an Subwoofern zur Verfügung steht, bietet es sich demnach eher an, diese komplett mittig zu platzieren. Ist nämlich der Abstand zwischen den Boxen kleiner einer halben Wellenlänge (der obersten maßgeblichen Frequenz/ meist die Crossover-Frequenz) , entstehen keine Interferenzeffekte und die Lautsprecher strahlen wie eine einzelne Quelle ab. Nachteil ist aber, dass das Publikum direkt vor der Bühne sehr hohen Pegeln ausgesetzt sein wird, wenn man den gesamten Zuschauerbereich ausreichend mit Tiefbass versorgen will.
2. Zeilenanordnung
Geht man hier einen Schritt weiter und fügt weitere Boxen über die Bühnenbreite hinzu, so entsteht die wohlbekannte „Zahnlückenanordnung“.
Hier ist bereits eine gewisse Richtwirkung zu erkennen und der Zuschauerbereich wird über seine gesamte Breite und Tiefe relativ gleichmäßig mit Pegel versorgt. Ebenso werden starke Einbrüche aufgrund von Interferenzen wirksam vermieden. Zu beachten ist bei dieser Anordnung lediglich, dass der Abstand der Lautsprecher untereinander maximal eine halbe Wellenlänge betragen darf. Wählt man die Lücken nämlich zu groß, entstehen, wie man in der Simulation (Abbildung 5) sieht, wiederum viele Interferenzmaxima und –minima.
Durch Verringern des Abstands der Boxen bzw. auch zu tieferen Frequenzen hin, tritt dagegen eine verstärkte Bündelung des Schalls in beide Richtungen (Bühne/ Zuschauerbereich) ein, wie in Abbildung 6 zu sehen ist.
3. Bass-Array
Alternativ zu einer geraden Reihe ist es auch möglich, die Subwoofer-Zeile zu „curven“, d.h. von der Mitte ausgehend, die äußeren Boxen etwas nach hinten zu verschieben. Die Form sollte in etwa der einer Ellipse entsprechen. Am besten experimentiert man hier mit den Ergebnissen der Simulationssoftware, anstatt sich mit komplexen Vorabberechnungen des Biegeradius zu beschäftigen. Als Richtwert kann man mit Staffelungen zwischen 20 und 100 cm beginnen zu probieren. Der horizontale Abstand der Boxen darf auch hier wiederum maximal eine halbe Wellenlänge betragen.
Wie in Abbildung 7 sehr gut zu erkennen ist, wird die Pegelverteilung im Publikumsbereich durch diese Aufstellung deutlich gleichmäßiger. Allerdings entsteht zusätzlich eine „Pegelnase“ in Richtung Bühnenmitte. Für Anwendungen, die eine sehr fokussierte Bassbeschallung auf eine kleinere Fläche benötigen, z.B. Dancefloors in Clubs, kann man sich dieses Phänomen aber auch zunutze machen, indem man im Subwoofer Array die mittleren anstelle der äußeren Boxen weiter nach hinten versetzt.
Realisiert man dagegen die Biegung der Lautsprecherzeile durch Delays – was voraussetzt, dass für jede Box ein dedizierter Endstufenkanal mit Controller zur Verfügung steht – so ergibt sich eine etwas andere Pegelverteilung (vgl. Abbildung 8). Vor allem die stark fokussierte Rückwärtsabstrahlung zur Bühne hin verschwindet hier.
Durch Verändern der Verzögerungszeiten der einzelnen Lautsprecher kann für das Subwoofer-Array übrigens die Breite der Abstrahlung variiert werden. Dabei gilt: höheres Delay = größerer Winkel. Zur Realisierung eines engen Abstrahlverhaltens werden im Umkehrschluss demnach kleinere Delaywerte verwendet.
4. CSA-Anordnungen
Sofern sich vor allem der Tiefbasspegel auf der Bühne als problematisch erweist, sind die so genannten CSA (Cardioid Subwoofer Array)-Anordnungen ein Mittel der Wahl. Durch sie soll ein nierenförmiges Abstrahlverhalten der tiefen Frequenzen erreicht werden, also neben einer Bündelung nach vorne auch ein off-axis-Bereich zur Bühne hin.
Das bekannteste Konzept dürfte die klassische CSA-Anordnung mit drei (oder einer Vielzahl davon) Subwoofern sein, wobei die mittlere Box der 3er-Anordnung in Richtung Bühne ausgerichtet wird. Nun muss nur noch der Laufzeitunterschied zwischen den nach vorne gerichteten und den rückwärts abstrahlenden Subwoofern ausgeglichen werden. Hierzu wählt man in der Regel ein Delay, welches ca. der Tiefe der verwendeten Box in Metern entspricht – also ca. 1 bis 3 ms.
Wie der Screenshot der Simulation zeigt, wird dadurch eine deutlich nierenförmige Richtwirkung erzeugt. Der Effekt wird zu tieferen Frequenzen leider immer schwächer. Durch versuchsweises Erhöhen der Delayzeit lässt sich die Richtwirkung aber noch etwas in Richtung tieferer Frequenzen schieben. Viele Hersteller bieten auch direkt CSA-Presets in der Software ihrer eigenen Endstufen/ Controller an. Diesen sollte man im Zweifelsfall den Vorzug gegenüber der manuellen Variante geben, da oft noch auf das jeweilige Subwoofermodell abgestimmte Korrekturen des Pegels und des Frequenzgangs enthalten sind.
Wie in Abbildung 11 allerdings gut zu erkennen ist, verfügt die CSA-Anordnung über eine geringere Reichweite als z.B. ein Bass-Array, was bei der Planung einer Veranstaltung ebenfalls bedacht werden muss. Durch Hinzunahme weiterer Systeme und den Aufbau eines horizontalen „CSA-Arrays“ unter der Bühne lässt sich die Reichweite tendenziell steigern ohne bühnennahe Zuschauerbereiche mit zuviel Pegel zu versorgen.
Eine interessante Variante des CSA-Setups ist die Anordnung nach George Augspurger (www.augspurgermonitors.com), mit welcher bereits durch zwei baugleiche Subwoofer eine nierenförmige Richtwirkung erzeugt werden kann. Dazu wird immer hinter einen (Haupt-) Subwoofer ein zweiter im Abstand einer Viertel-Wellenlänge gestellt. In unserem Beispiel, bei einer Zielfrequenz von 80 Hz also in ca. 1,06 Meter Abstand (für eine Schallgeschwindigkeit c = 340 m/s). Anschließend wird dieser hintere Subwoofer mittels Delay nochmals um λ/4 (=ca. 3,1 ms) verzögert. Jetzt treffen die Schallwellen bei 80 Hz um eine halbe Wellenlänge zeitversetzt nach vorne ein, was einer Phasenlage von 180 Grad entspricht und somit eine Auslöschung bedeutet. Durch drehen der Phase des hinteren Subwoofers wird der Effekt nun in Richtung Bühne umgekehrt. Nach vorne tritt zusätzlich eine Pegeladdition von +6 dB (360 Grad Phasenlage) ein.
5. Endfired-Array
Die so genannten Endfired-Arrays sind momentan bei Großbeschallungen sehr beliebt. Hier werden mehrere Subwoofer hintereinander im Abstand von λ/4 (in unserem Beispiel bei 80 Hz: 1,06 Meter) aufgestellt und gemäß der Laufzeit auf die Ebene des hintersten Lautsprechers verzögert. Das Ziel ist sowohl eine gute Rückwärtsdämpfung als auch eine Summierung des Pegels auf der Hauptachse.
Bei vier Lautsprechern wären die Verzögerungszeiten bei 80 Hz Zielfrequenz vom vordersten Lautsprecher ab gesehen: 9,3 ms/ 6,2 ms/ 3,1 ms. Vorsicht ist bei Endfired-Arrays lediglich dahingehend geboten, dass bei sehr langen Linien die eigentliche PA wiederum in der Laufzeit angepasst werden muss, was bei Live-Anwendungen evtl. problematisch werden kann. Bei einer L/R-Aufstellung der Systeme müssen ebenfalls wieder mögliche Interferenz-Auslöschungen in der Mitte des Zuschauerbereichs, sowie die hohe Lautstärkebelastung des sich direkt vor dem Array befindlichen Publikums bedacht werden. Der Pegelabfall von 3 dB/ Oktave auf der Summierungsachse kann wie auch beim Augspurger-CSA mittels EQ ausgeglichen werden, was allerdings zu Lasten der Gesamtleistung des Systems geht.
6. Beam Steering
Beam Steering ist grundsätzlich bei allen Aufstellungsvarianten mit mehreren Subwoofern möglich. Durch Verzögerung einzelner Boxen lässt sich die Richtung der Hauptabstrahlachse verschieben, so dass man diese beispielsweise bei seitlich platzierten Basssystemen in die Mitte des Zuschauerbereichs lenken kann. Zu tieferen Frequenzen hin verringert sich die Richtwirkung allerdings zunehmend, während bei höheren Frequenzen Nebenkeulen in verschiedene Richtungen entstehen. Daher sollten bei dieser Anwendung immer mehrere Frequenzen simuliert und am Veranstaltungsort ausgiebig getestet bzw. gemessen werden, um böse Überraschungen zu vermeiden.
Grundsätzlich sollten bei all diesen Subwooferanordnungen Setups mit gemischten Lautsprechertypen vermieden werden, da für eine korrekte Funktionsweise stets auf identische Pegel und Frequenzgänge geachtet werden muss. Es ist weiterhin empfehlenswert, die virtuell ermittelten Aufstellungsvarianten am Veranstaltungsort durch Messungen des Phasenfrequenzgangs und genaues Hören an verschiedenen Positionen zu verifizieren. Je nach Ergebnis sind anschließend gegebenenfalls die Aufstellung der Boxen bzw. die Controller-Einstellungen entsprechend zu korrigieren. Wer mehr über diese und weitere Subwooferanordnungen in Theorie und vor allem Praxis erfahren möchte, dem seien die „Bass Total“-Seminare von Markus Zehner (http://www.zehner.ch), welche regelmäßig auch in Deutschland stattfinden, ans Herz gelegt. Auch viele Hersteller bieten Seminare rund um das Thema an.
Autor: Martin Person