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Beschallungstechnik in Kirchen - kann das gutgehen ?

Physikalische Grundlagen:

Schall bereitet sich mit einer endlichen Geschwindigkeit, der sogenannten Schallgeschwindigkeit aus. Sie beträgt bei 20 Grad C ca. 300 m/s.

Das menschliche Ohr kann aufeinanderfolgende Töne bereits bei einem zeitlichen Abstand von ca. 1/20 s als zwei unterschiedliche Klangereignisse wahrnehmen.

Wird ein Ton erzeugt, sei es Musik, gesprochene Worte, oder ein herunterfallender Gegenstand, wird er mehr oder weniger ungerichtet, d.h. in alle Richtungen abgestrahlt.

Nachhall

Befindet sich nun die Tonquelle in einem Raum, gelangt der Ton nicht nur auf direkten Weg zu dem Hörer. Die in die anderen Richtungen abgestrahlten Schallwellen werden an den Wänden, Decken, Fußboden und Einrichtungsgegenstände reflektiert und gelangen somit auch zum Hörer. Diese reflektierten Schallwellen haben einen unterschiedlichen, aber in jedem Fall längeren Weg zurückgelegt und kommen somit später an als der Orginalton.

Dieses Phänomen wird als Nachhall bezeichnet. Die Intensität ist insbesondere davon abhängig, inwieweit die reflektierenden Flächen den Schall schlucken (absorpieren). Bei der zeitlichen Länge spielt noch eine Rolle, wie weit Wände und Decken entfernt sind. Der Pegel (Lautstärke) über die Zeit des Nachhalls ist ebenfalls von den örtlichen Gegebenheiten abhängig. Die Zeit, die ein Ton gewissermaßen im Raum steht, wird als Nachhallzeit bezeichnet. Sie läßt sich messen und hat klar definierte Grenzen. Ungefähr läßt sie sich aber auch durch ein kleines Experiment ermitteln: Klatschen sie einmal stark in die Hände. Zählen sie die Sekunden, bis sie ihr Klatschen nicht mehr hören. Das ist in etwa die Nachhallzeit dieses Raumes.

Bild XXX (kommt noch) zeigt einen solchen Nachhallverlauf über der Zeit. Charakteristisch ist, daß das Lautstärkemaximum nicht am Anfang, aber im vorderen Bereich zu finden ist. Kommt das Orginalsignal noch laut genug beim Hörer an, wird er trotz des aus allen Richtung kommenden Halls die eigentliche Quelle des Tonereignisses noch orten können, da das Ohr immer die Richtung als verbindlich annimmt, aus der es das Ereigniss zuerst wahrgenommen hat.

Das sogenannte Echo ist ein Sonderfall des Nachhalls. Eine weit entfernte Wand wirft den Ton lautstark zurück. Die Wege der Schallwellen sind so unterschiedlich , daß die zeitliche Verzögerung (ab 1/20 s) bereits so groß ist, dass das Ohr meint, einen zweiten Ton zu hören.

In Kirchen kommt es hin und wieder vor, dass sich der kontinuierliche Nachhall mit einem definierten Echo mischt. Das kann z.B. passieren, wenn die hintere Kirchenschiffwand hoch und sehr glatt ist. Gibt es mehrere solcher markanten Wände, kann unter Umständen eine Art Tremoloecho enstehen, ein mehrmaliges Auf- und Abschwellen des Tones, bis er im Nachhall untergeht.

Nun ist der Nachhall nicht unbedingt von vornherein schlecht. Wir benötigen ihn sogar für ein schönes Hörempfinden. Musik ohne jedlichen Hall wird als sehr trocken empfunden. Stellen sie sich mal eine Orgel in einem hallosen Raum vor. Je nach Darbietung ist eine bestimmte Nachhallzeit gewünscht und wird in den entsprechenden Räumen auch bauakustisch eingeplant.

Für die Sprachverständlichkeit ist allerdings immer ein möglichst kleiner Nachhall erwünscht. Ein Verschwimmen einzelner Silben führt schnell zu einer schlechten Satzverständlichkeit.

Konventionelle Kirchen und moderne Kapellen, die ebenfalls meist über relativ hohe Decken verfügen, haben fast immer sehr lange Nachhallzeiten. Zu lange für Sprache.

Bauakustische Maßnahmen

In der Bauaktusik wird die Reflektion von Schallwellen oft bewußt eingesetzt. Ein sehr gutes Beispiel dafür ist die Kirche, der Altarraum. Früher stand der Priester / Pfarrer meist dem Altar zugewandt. Das Gewölbe des Altarraums, der niedriger als das Kirchenschiff ist, ist in der Form eines "Parabolspiegels" ausgeführt. Der Priester / Pfarrer steht genau im Brennpunkt dieses Spiegels. Die Worte und der Gesang werden im Gewölbe gespiegelt und von da ins Kirchenschiff reflektiert. Die reflektierten Schallwellen sind ein Stück nach unten gerichtet, sodass relativ wenig an der Decke des Kirchenschiffs reflektiert werden kann. So ist der Nachhall wesentlich geringer als wenn der Altar im Kirchenschiff stehen würde.

An dieser Stelle kann gleich noch der zweite bauakustische Kunstgriff, die in fast jeder Kirche realisiert ist, erwähnt werden: die Kanzel. Erhöht, sodass alle Zuhörer gut mit dem direkten Schall erreicht werden können. Dieser wird verstärkt durch die oftmals vorhandenen Wände und Decke der Kanzel. Diese verhindern zudem, dass die Schallwellen sich in andere Richtungen ausbreiten und zusätzliches Echo oder Hall erzeugen.

Es ist schon angeklungen, die Nachhallzeit läßt sich durch entsprechende Gestaltung der Wand- und Deckenflächen beeinflußen bzw. dämpfen.

Die allererste Maßnahme sollte die Auflösung glatter Flächen sein. So werden die Schallwellen zwar weiterhin reflektiert, aber nicht mehr in die gleiche Richtung. D.h., die Intensität pro Richtung nimmt ab. Ideal ist eine Reflektion in alle möglichen Winkelrichtungen (diffus). Hintere Wände und Decken bekommen von vornherein weniger Schallwellen ab. Insbesondere wird das Stehen eines Tons im Raum verhindert. Auch ein im Hall deutlich rauszuhörendes Echo läßt sich so relativ gut beseitigen. Die "diffuse" Gestaltung der Wände kann entweder durch Flächen, die leicht im Winkel zueinander stehen oder durch unebene Oberflächengestaltung erreicht werden. Bei der Auswahl der Massnahmen dürften architektonische Gesichtspunkte die Entscheidung beeinflussen.

Eine weitere Maßnahme ist die Wahl der Baustoffe für Wände und Decken, der Einsatz von schalldämpfenden Materialien. Physikalisch ist diese Dämpfung im Material leicht zu erklären. Je poröser (durchlässiger) der Stoff ist, desto mehr dringen die Schallwellen in das Material ein. Diese werden im Material reflektiert, dabei verfangen sie sich und können das Material, nicht mehr verlassen. Ideal für diese Maßnahme sind Materialien aus Schaumstoff. Diese werden oft hinter durchlöcherten Holz- oder Metallverkleidungen montiert. Das ist aber nicht das einzige mögliche Material. Abgesehen davon, dass es spezielle, dämpfende Ziegel, Putz, Farben und Deckenplatten gibt, dämpft jedes Material mehr oder minder. Vorhänge, Teppichböden, etc.. Sicherlich ist ihnen bereits aufgefallen, dass ihre Kirche im vollbesetzten Zustand eine niedrigere Nachhallzeit hat als wenn sie leer ist. Auch die Kleidung des Menschen dämpft. Allerdings dämpfen all diese Materialien hauptsächlich die höheren Töne ab (Frequenzbereich ab ca. 2000 Hz).

Zwei weitere Aspekte sind wichtig:

Die Richtung der Abstrahlung eines Schallereignisses ist tonhöhenabhängig (frequenzabhängig). Je höher der Ton, desto stärker ist er gebündelt. Aus diesem Grund hört sich der Hall immer irgendwie dumpf an. Oder ein anderes Beispiel, von der Band die ein paar Räume weiter probt, sind nur die Bässe zu hören, obwohl die Türen offen stehen, oder bei dem vorbeifahrenden Auto mit lauter Musik ... .

Dass der Schall in Wellenform in der Luft übertragen wird, ist bereits gesagt worden. Somit hat jede Frequenz (Tonhöhe) auch eine bestimmte Wellenlänge. Werden z.B. von der Decke und dem Fußboden Schallwellen reflektiert, werden diejenigen besonders wenig abgedämpft, deren Wellenlänge (genaugenommen halbe, ganze, dopplte, vierfache, ....) genau dem Abstand entspricht. Die entsprechenden Töne sind lauter als die anderen. Man nennt dies Resonanzfrequenzen. Jeder Raum hat mehr oder weniger solche Resonanzfrequenzen. Dieses Phänomen ist bei lauter Anregung, z.B. durch einen Lautsprecher durchaus als störend wahrzunehmen, und führt. Plaziert man eine Beschallungsanlage in einem Raum mit stark ausgeprägten Resonanzfrequenzen, und hat das Pech, dass das System Mikrofon - Verstärker - Lautsprecher an ähnlichen Frequenzen Resonanzüberhöhungen hat, hat man ein sehr intensives Feed back Problem, ein schrilles Pfeifen in den Lautsprechern genau an diesen Frequenzen. Hier muss man dann elektronische Abhilfe schaffen

Beschallungstechnik in Kirchen

Zusammenfassend muss gesagt werden, dass jedliche Beschallungstechnik der natürlichen Bauakustik der Kirche entgegenläuft. Ein Einsatz von Lautsprechern muss also sehr behutsam geplant werden.

Folgende Grundsätze müssen dabei beachtet werden:

  1. Die Abstrahlung der Lautsprecher muss so gebündelt sein, dass insbesondere die Decke und grosse glatte Flächen nicht direkt angestrahlt werden (Vermeidung von Reflexionen)
  2. Der Einsatz von vielen verteilten Lautsprechern sollte erwogen weden, um die Abstrahlungsleistung jedes einzelnen zu minimieren (so wird insgesamt die reflektierte Leistung pro Wand oder Decke minimiert)
  3. Die Übertragung sollte sich auf die notwendigen Frequenzbereiche beschränken. Insbesondere tiefe Töne sollten unbedingt vermieden werden, da sie aufgrund ihrer Wellenlänge die Hauptquelle des Nachhalls sind. Bei Sprache liegt die Grundwelle des Mannes ca. bei 100 Hz, die der Frau bei ca. 300 Hz. Da die Grundwelle zur Sprachverständlichkeit nicht unbedingt notwendig ist, ist eine Begrenzung auf 250 bis 300 Hz durchaus realiserbar Dies kann sowohl durch die Bauform der Lautsprecher bzw. Boxen als auch über elektronische Mittel erreicht werden.
  4. Unbedingt vermieden werden sollte die Beschallung derjenigen Räume, die von der Bauakustik als "natürliche Verstärker" konzipiert sind, z.B. der Altarraum (Musiker und Sänger wollen sich oft selbst hören und plazieren genau da ihre Monitorsysteme mit entsprechender Auswirkung auf die gesamte Kirchenaukustik)