Oberflächen aus geometrischen Strukturen

Geometrische Strukturen zur Erzeugung diffuser Reflexionen.
g_s: Strukturperiode

Geometrische Strukturen reflektieren einfallenden Schall diffus, wenn ihre Abmessungen in der Größenordnung der Wellenlänge des Schalls liegen.

So haben beispielsweise die einzelnen Holzspäne einer Rauhfasertapete eine Dicke von etwa 1 mm. Die Wellenlänge 1 mm entspricht einer Frequenz von 340 kHz, eine diffuse Reflexion findet also erst im Ultraschallbereich statt. Im hörbaren Frequenzbereich dagegen wirkt die Rauhfasertapete wie eine ebene schallharte Wand, an der eine einfallende Welle geometrisch reflektiert wird.

Auch die Oberfläche eines Mischpults ist im hörbaren Frequenzbereich kein Diffusor. Die vielen Knöpfe und Schieberegler haben eine Höhe von etwa 1 cm. Das entspricht einer Frequenz von etwa 34 kHz.

Neben der Höhe der Unebenheiten spielt auch deren Länge und Breite eine Rolle. Dazu ein Beispiel, bei dem man eine geometrische statt einer diffusen Reflexion wünscht. In Konzertsälen werden häufig Segel eingesetzt, um Schall in bestimmte Zuschauerbereiche zu lenken. Deren ebene schallharte Fläche reflektiert den Schall nur bis zu einer bestimmten unteren Grenzfrequenz geometrisch, darunter wirkt es als Streukörper. Die Segel müssen folglich eine Mindestgröße haben.

In Tonstudios gibt es häufig Probleme mit störenden geometrischen Reflexionen von Fenstern oder technischen Geräten. Dort ist es sinnvoll, diese Flächen möglichst klein zu halten, damit in wichtigen Frequenzbereichen stattdessen diffuse Reflexionen auftreten. Oder die Neigung der Flächen muss so gewählt werden, dass geometrische Reflexionen in Bereiche des Raumes gelenkt werden, wo sie den Tonmeister nicht stören.

Meyer und Bohn haben die Streugrade von rechteckigen, prismatischen und zylindrischen Strukturen untersucht. Eine schöne Zusammenfassung der Ergebnisse findet sich bei Fasold, Sonntag und Winkler. Die Strukturen können beispielsweise aus einer Holzlattung oder gefalzten Blechen bestehen. Das nebenstehende Bild zeigt deren Querschnitte. Die Länge, nach der sich die Struktur wiederholt, wird Strukturperiode genannt. Ihre Wirksamkeit als diffus reflektierende Flächen ist leider auf einen recht schmalen Frequenzbereich beschränkt. Rechteckige Strukturen wirken dabei schmalbandiger als zylindrische oder prismatische Strukturen. Wählt man die Verhältnisse der Strukturen etwa so wie in dem nebenstehenden Bild, wird ein maximaler Streugrad bei jener Wellenlänge erreicht, die einer halben bis ganzen Strukturperiode entspricht.