Techniker scheinen in einer eigenen Welt zu leben, die sie zum Teil nicht beschreiben können. Wenngleich ich auch zu den Technickern gehöre, versuche ich Sachverhalte einfach zu erklären, und das erwarte ich auch wenn es darum geht z.B. Messgeräte und deren Software zu erklären.
In den letzten Jahren habe ich einige Lautsprechermeßsysteme getestet und alle waren was die Beschreibung anbetrifft sehr unverständlich. Aus meiner Sicht ist z.B. ARTA ein Beispiel dafür, wie komplex eine Bedienunganleitung gestaltet werden kann. Ich bin sicher, dass Viele die das System benutzen, mit der Bedienung total überfordert sind.
Aus diesem Grund sehe ich immer wieder, dass Messungen in Foren gestellt werden, die nicht das darstellen, was der Benutzer glaubt. In vielen Fällen rührt das daher, dass die Parameter für Berechnungen nicht korrekt eingestellt worden sind.
Daher möchte ich an dieser Stelle auf ein paar Messungen / Berechnungen eingehen, die immer wieder von Interesse sind:
Als erstes soll der prinzipielle Aufbau einer Lautsprechermessung dargestellt werden.
Das Meßsystem generiert ein Meßsignal, das dem Lautsprecher über einen Verstärker zugeführt wird. Das Meßsignal wird unter anderen von einer Soundkarte, Tongenerator, etc. erstellt. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um das sogenannte MLS Signal.
Der vom Lautsprecher wiedergegebe Schall wird über ein Mikrofon aufgenommen, und dem Meßsystem zugeführt. Bei MLS Systemen wird daraus die Impulsantwort ermittelt. Daraus lassen sich Frequenzgang, akustische Phase, Sprungantwort, usw. berechnen. Diese können jedoch nur korrekt durchgeführt werden, wenn dem Meßsystem alle notwendigen Informationen aus der Impulsantwort weitergegeben werden.
Das nächste Bild zeigt die Impulsantwort eines Hochtöners.
Eine wichtige Information aus dieser Messung ist die Laufzeit ( eng. Delay ) des Lautsprechersignals zum Mikrofon. In diesem Beispiel beträgt sie 1.56ms. Damit lässt sich die genaue Entfernung vom Lautsprecher zum Mikrofon berechnen.
d = Laufzeit * c ( c = Schallgeschwindigkeit = 343 m/s )
d = 1.56ms * 343 m/s = 0,5308 m
Je nach Meßsystem wird die Laufzeit oder die Entfernung für weitere Berechnungen gebraucht.
Aus der Impulsantwort lässt sich die Sprungantwort ( Step Response ) berechnen. In diesem Fall sieht sie wie folgt aus.
Der dazugehörige Schallpegel wurde vom Meßsystem wie folgt ermittelt:
Bis zu diesem Schritt scheint alles recht einfach, doch die Berechnung der akustischen Phase und der davon abhängigen Gruppenlaufzeit ( Group Delay ) macht vielen Benutzern ein Problem. Der Grund dafür ist, dass viele Meßsysteme mehrere Arten der Berechnung der akustischen Phase anbieten. Im Wesentlichen sind es:
Die Minimalphase ( minimal phase ) wird aus den Schalldruckfrequenzgang ermittelt. Vereinfacht kann man sagen, dass die akustische Phase die Steigung des Schalldrucks entspricht. Steigender Schalldruckverlauf heisst positive Steigung, sprich Winkel, gleichbleibender Schalldruck heisst 0 Grad, fallender Schalldruck heisst negativer Winkel.
Aus den vorher gezeigten Schalldruck ergibt sich daher folgende Minimalphase:
Deutlich zu sehen ist, dass im Bereich von ca. 2 - 10 Khz die Minimalphase ca. 0 beträgt.
Darunter steigt der Schalldruck erstmal steil an, weshalb es einen großen Winkel ergibt, über 10kHz fällt der Schalldrcuk langsam ab, weshalb die Minimalphase in Negativbereiche fällt.
Aus dem Phasengang lässt sich die Gruppenlaufzeit berechnen. Das von mir verwendete System kann das nicht, weshalb ich dazu keine Berechnung zeigen kann.
Das Problem mit der Minimalphase ist, dass es nicht den tatsächlichen Phasengang des Lautsprechers darstellt. Die korrekte Berechnung der akustischen Phase lässt sich nur mit Berücksichtigung der Laufzeit ( Delay ) ermitteln, in diesem Fall 1.56ms.
Wird die Laufzeit mit berücksichtigt, dann sieht sie wie folgt aus:
Wie zu sehen ist, gibt es einen gravierenden Unterschied. Dies würde sich auch auf die Ermittlung der Gruppenlaufzeit auswirken.
Um dies nochmals zu verdeutlichen, sollen zwei weitere Messungen des Schalldrucks von einen komplett aufgebauten Lautsprecher, die Unterschiede zeigen.
Zuerst eine Messung mit Ermittlung der Minimalphase:
Die tatsächlich akustische Phase, unter Berücksichtigung der Laufzeit, sieht wie folgt aus:
Nochmals, da die Gruppenlaufzeit aus der akustischen Phase berechnet wird, muss diese auch richtig ermittelt werden, nämlich unter Einbeziehung der Laufzeit ( Delay ).
Ich hoffe, dass diese Informationen, einigen von Euch weiterhilft.
In den letzten Jahren habe ich einige Lautsprechermeßsysteme getestet und alle waren was die Beschreibung anbetrifft sehr unverständlich. Aus meiner Sicht ist z.B. ARTA ein Beispiel dafür, wie komplex eine Bedienunganleitung gestaltet werden kann. Ich bin sicher, dass Viele die das System benutzen, mit der Bedienung total überfordert sind.
Aus diesem Grund sehe ich immer wieder, dass Messungen in Foren gestellt werden, die nicht das darstellen, was der Benutzer glaubt. In vielen Fällen rührt das daher, dass die Parameter für Berechnungen nicht korrekt eingestellt worden sind.
Daher möchte ich an dieser Stelle auf ein paar Messungen / Berechnungen eingehen, die immer wieder von Interesse sind:
- Impulsantwort
impulse response - Sprungantwort
step response - Schallpegel
sound pressure - akustische Phase
acoustic phase - Gruppenlaufzeit
group delay
Als erstes soll der prinzipielle Aufbau einer Lautsprechermessung dargestellt werden.
Das Meßsystem generiert ein Meßsignal, das dem Lautsprecher über einen Verstärker zugeführt wird. Das Meßsignal wird unter anderen von einer Soundkarte, Tongenerator, etc. erstellt. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um das sogenannte MLS Signal.
Der vom Lautsprecher wiedergegebe Schall wird über ein Mikrofon aufgenommen, und dem Meßsystem zugeführt. Bei MLS Systemen wird daraus die Impulsantwort ermittelt. Daraus lassen sich Frequenzgang, akustische Phase, Sprungantwort, usw. berechnen. Diese können jedoch nur korrekt durchgeführt werden, wenn dem Meßsystem alle notwendigen Informationen aus der Impulsantwort weitergegeben werden.
Das nächste Bild zeigt die Impulsantwort eines Hochtöners.
Eine wichtige Information aus dieser Messung ist die Laufzeit ( eng. Delay ) des Lautsprechersignals zum Mikrofon. In diesem Beispiel beträgt sie 1.56ms. Damit lässt sich die genaue Entfernung vom Lautsprecher zum Mikrofon berechnen.
d = Laufzeit * c ( c = Schallgeschwindigkeit = 343 m/s )
d = 1.56ms * 343 m/s = 0,5308 m
Je nach Meßsystem wird die Laufzeit oder die Entfernung für weitere Berechnungen gebraucht.
Aus der Impulsantwort lässt sich die Sprungantwort ( Step Response ) berechnen. In diesem Fall sieht sie wie folgt aus.
Der dazugehörige Schallpegel wurde vom Meßsystem wie folgt ermittelt:
Bis zu diesem Schritt scheint alles recht einfach, doch die Berechnung der akustischen Phase und der davon abhängigen Gruppenlaufzeit ( Group Delay ) macht vielen Benutzern ein Problem. Der Grund dafür ist, dass viele Meßsysteme mehrere Arten der Berechnung der akustischen Phase anbieten. Im Wesentlichen sind es:
- Akustische Minimalphase
acoustical minimal phase - Akustische Phase mit Laufzeitunterschied
Die Minimalphase ( minimal phase ) wird aus den Schalldruckfrequenzgang ermittelt. Vereinfacht kann man sagen, dass die akustische Phase die Steigung des Schalldrucks entspricht. Steigender Schalldruckverlauf heisst positive Steigung, sprich Winkel, gleichbleibender Schalldruck heisst 0 Grad, fallender Schalldruck heisst negativer Winkel.
Aus den vorher gezeigten Schalldruck ergibt sich daher folgende Minimalphase:
Deutlich zu sehen ist, dass im Bereich von ca. 2 - 10 Khz die Minimalphase ca. 0 beträgt.
Darunter steigt der Schalldruck erstmal steil an, weshalb es einen großen Winkel ergibt, über 10kHz fällt der Schalldrcuk langsam ab, weshalb die Minimalphase in Negativbereiche fällt.
Aus dem Phasengang lässt sich die Gruppenlaufzeit berechnen. Das von mir verwendete System kann das nicht, weshalb ich dazu keine Berechnung zeigen kann.
Das Problem mit der Minimalphase ist, dass es nicht den tatsächlichen Phasengang des Lautsprechers darstellt. Die korrekte Berechnung der akustischen Phase lässt sich nur mit Berücksichtigung der Laufzeit ( Delay ) ermitteln, in diesem Fall 1.56ms.
Wird die Laufzeit mit berücksichtigt, dann sieht sie wie folgt aus:
Wie zu sehen ist, gibt es einen gravierenden Unterschied. Dies würde sich auch auf die Ermittlung der Gruppenlaufzeit auswirken.
Um dies nochmals zu verdeutlichen, sollen zwei weitere Messungen des Schalldrucks von einen komplett aufgebauten Lautsprecher, die Unterschiede zeigen.
Zuerst eine Messung mit Ermittlung der Minimalphase:
Die tatsächlich akustische Phase, unter Berücksichtigung der Laufzeit, sieht wie folgt aus:
Nochmals, da die Gruppenlaufzeit aus der akustischen Phase berechnet wird, muss diese auch richtig ermittelt werden, nämlich unter Einbeziehung der Laufzeit ( Delay ).
Ich hoffe, dass diese Informationen, einigen von Euch weiterhilft.
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