Messtechnik

Die Beurteilung von Komponenten elektroakustischer Anlagen sowie der Anlage insgesamt ist nur möglich aufgrund von objektiven Messungen. Diese Messungen sind auch Grundlage bei der Erstellung von Datenblättern. Einzelkomponenten wie Lautsprecher oder Endstufen können im Labor unter idealisierten Bedingungen untersucht werden, während umfangreiche Installationen vor Ort überprüft und optimiert werden.

Lautsprechermesstechnik

Unsere Lautsprechermessungen werden mit dem anerkannten Messsystem WinMF in unserem reflexionsarmen Klasse-1-Halbraum durchgeführt, der Messentfernungen bis zu 8m erlaubt. Die akustischen Messungen erfolgen mit Labormikrofonen und Vorverstärkern der Klasse 1 von Brüel und Kjaer, weiterhin kommt ein Robo3-Frontend zum Einsatz, womit Samplefrequenzen bis zu 96kHz bei 24Bit Auflösung möglich sind.

Für die Messung von Directivity- und Balloondaten steht ein computergesteuerter ELF-Dreharm zur Verfügung. Dieser ermöglicht Messungen an bis zu 100kg schweren Lautsprechern mit einer vorderen Diagonale von maximal 150cm.

Maximalpegelmessungen erfolgen mit einer Crown IT 12000HD Endstufe mit einer Leistung von bis zu 4500W pro Kanal an 4 Ohm.

Datenblätter

Beschaller, Planer von Beschallungsanlagen oder Architekten benötigen für die Auswahl geeigneter Lautsprecher für ihre speziellen Anforderungen aussagekräftige Datenblätter, die alle relevanten technischen Informationen über das Produkt geeignet darstellen. Besonders Angaben über die akustischen und elektrischen Eigenschaften des Lautsprechers sind entscheidende Kriterien. Grundlage für die Datenblätter sind Messungen am Lautsprecher nach dem Stand der Technik in einer geeigneten Messumgebung.

Die Messungen erfolgen im reflexionsarmen Halbraum unter quasi Freifeldbedingungen, wobei das Messmikrofon im Fernfeld (je nach Lautsprechergröße 2 bis 8m entfernt) direkt auf dem schallharten Boden plaziert wird.

Passive Lautsprecher

Als wichtigste Messgröße wird die Sensitivity erfasst und auf eine Eingangsleistung von 1W und eine Entfernung von 1m normiert. Unterhalb der Grenzfrequenz des Messraumes (ca. 100Hz) erfolgt eine gewichtete Nahfeld-Ergänzung von Membran- und ggf. Bassreflexkanalmessungen. Neben dem Betrag der Sensitivity wird auch die Phase dargestellt

Die Messung des Maximalpegels erfasst den maximal zu erzeugenden Schalldruckpegel über der Frequenz bei vorgegebener Leistung und vorgegebenem Maximalanteil von nichtlinearen Verzerrungen. Gemessen wird hier mit Sinussignalen mit sukzessiv ansteigender Spannung, wobei der Schalldruckpegel und die Verzerrungsanteile ausgewertet werden.

Eine wichtige und oft vernachlässigte Messgröße ist das Richtverhalten, auch Directivity genannt. Einzahlkennwerte wie „60° horizontal“ geben nur sehr unzureichend Auskunft über das räumliche Abstrahlverhalten, vielmehr sollte hier eine frequenzabhängige Darstellung in den beiden Hauptrichtungen horizontal und vertikal erfolgen. Die Messung hierzu wird am ELF-Dreharm oder, bei sehr großen Lautsprechern, Clustern und mehrteiligen Line-Arrays, auf einem Bodendrehteller.

Standardmessungen
Sensitivity Betrag, Phase, mittlere Sens.
Impedanz Betrag, Phase, Minimum, ggf. Tuningfrequenz
Maximalpegel bei 3% und 10% THD, theor. Maximum aus Sens.
Directivity horizontal und vertikal

Zusätzlich können weitere Messungen in das Datenblatt aufgenommen werden:

  • Sensitivity, Impedanz und Directivity der Einzelwege
  • Übertragungsfunktion der passiven Frequenzweiche
  • THD(f) (Total Harmonic Distortion) bei verschiedenen Eingangsspannungen
  • Power Compression

Aktive Lautsprecher

Die Messungen von Sensitivity, Maximalpegel und Directivity erfolgen analog zu passiven Lautsprechern, die Messung der Impedanz entfällt. Zusätzlich können für die Einzelwege alle denkbaren Parameter aktiv und/oder passiv gemessen werden, ausserdem die Filterfunktionen des internen oder externen Controllers.

Standardmessungen
Sensitivity Betrag, Phase, mittlere Sens.
Filterfunktionen Raumanpassung, sonstige Filter
Maximalpegel bei 3% und 10% THD
Directivity horizontal und vertikal

Zusätzlich können weitere Messungen in das Datenblatt aufgenommen werden:

  • Sensitivity, Impedanz und Directivity der Einzelwege
  • Übertragungsfunktion der aktiven Frequenzweiche, Equalizer
  • THD(f) (Total Harmonic Distortion) bei verschiedenen Eingangsspannungen
  • Limiterfunktion

Cluster/Line Arrays

Grundsätzlich werden für Line Arrays die gleichen Messungen durchgeführt wie für herkömmliche Lautsprecher. Zusätzlich sind Messungen der vertikalen Direktivity für ganze Arrays in verschiedenen Winkelungen sinnvoll, die Aufschluß über die Schallverteilung im Fernfeld geben. Diese Messungen können für kleine Array-Elemente am ELF-Dreharm erfolgen, für größere Arrays auf einem stabilen Bodendrehteller, der auch sehr schwere Aufbauten präzise rotieren kann.

Simulationsdaten

Akustische Software-Simulationstools ermöglichen Vorhersagen über raumakustische Parameter wie Direktschallverteilung, Nachhallzeit und Sprachverständlichkeit schon in der Planungsphase eines Gebäudes oder einer zu installierenden Beschallungsanlage bis hin zur Auralisation. Dazu wird mit Verfahren wie Spiegelschallquellen und/oder Raytracing die Impulsantwort im Raum berechnet. Für die korrekte Simulation von Beschallungsanlagen sind Datensätze erforderlich, die die Schallabstrahlung des Lautssprechers in alle Richtungen beschreiben. Grundlage dieser Datensätze sind Messungen des Lautsprechers auf einer Kugeloberfläche in einem angemessenen Winkelraster.

Mit Hilfe des ELF-Dreharms können die erforderlichen Messungen vollautomatisch durchgeführt werden. Die Messergebnisse werden in die gängigen Datenformate für EASE, Ulysses, CLF (CATT-Acoustic, LARA, Odeon oder in eine EASE Speaker Lab GLL umgewandelt. Deckeneinbaulautsprecher können in der Messraumgrenzfläche versenkt und so unter Halbraumbedingungen vermessen werden. Für herkömmliche Lautsprechersysteme empfiehlt sich eine Winkelauflösung von 5°, Line Arrays mit ihrer scharfen Richtwirkung erfordern eine Auflösung von 2°.

Das derzeit allgemeinste Format zur Darstellung der räumlichen Abstrahlung stellt die Ease GLL dar. Hierfür können neben einer Messung des Gesamtlautsprechers auch die Einzelwege separat vermessen und unter Einbeziehung der aktiven oder passiven Frequenzweichen- und Filterfunktionen in der GLL zusammengestellt werden. Werden die Frequenzweichen oder Filter später geändert, können die zugehörigen Funktionen in der GLL einfach ausgetauscht werden, ohne dass der Lautsprecher neu gemessen werden muss. Zusätzlich können verschiedene Lautsprechermodelle in einer GLL zusammengefasst und so den Kunden in kompakter Form zur Verfügung gestellt werden. Die Ease GLL kann mit dem kostenlosen EASE GLL Viewer geöffnet werden.

Damit die Lautsprecher am ELF-Dreharm befestigt werden können, müssen sie mit einer entsprechenden Aufnahmemöglichkeit versehen sein. Diese Aufnahme besteht aus einer mind. 20cm x 20cm großen Multiplexplatte (Dicke 15mm-20mm) mit vier M8 Einschlagmuttern, die in den Ecken eines Quadrates mit 14cm Kantenlänge darin eingelassen sind. Die Montageplatte muss (auch bei Multifunktions- und Monitorgehäusen) parallel zur Boxenfront befestigt sein und sich mittig hinter dem geometrischen Mitelpunkt der Box befinden, um den dann der Lautsprecher rotiert wird.

Sollte die Befestigungsplatte die Anschlüsse der Box verdecken, so müssen diese seitlich herausgeführt werden. Ein Ausschnitt innerhalb des 20cm-Quadrates ist nicht ausreichend, da er von der Maschinenaufnahme verdeckt wird. Für sehr schwere Lautsprecher können auch größere Multiplexplatten verwendet werden. Übliche Montagebügel sind für die Drehbewegungen im allgemeinen nicht geeignet.

Für schmale Zeilenlautsprecher, deren Beugung durch eine 20cm breite Platte schon merklich beeinflusst wird, kann alternativ eine schmalere Halteplatte verwendet werden. Diese kann bei Bedarf beliebig nach oben und/oder unten verlängert werden.

Endstufenmessungen

Die Auswahl geeigneter Endstufen für angedachte Zwecke erfordert, wie auch bei Lautsprechern, aussagekräftige Datenblätter. Die Erstellung dieser Datenblätter erfolgt aufgrund messtechnisch zu erfassender Größen. Für Elektronikmessungen kommt ein Rhode und Schwarz UPD zum Einsatz. Neben dem linearen Übetragungsverhalten werden auch harmonische, transiente, Intermodulations- und Differenztonverzerrungen gemessen. Schließlich wird die Leistung der Endstufen mit Messignalen mit unterschiedlichem Crestfaktor untersucht.

Die messtechnische Überprüfung von Audio-Endstufen umfasst folgende Messungen:

  • Verstärker-Gain
  • Frequenzgang (Betrag und Phase) mit Bestimmung der Eckfrequenzen (-3dB)
  • Übersprechdämpfung (CTC)
  • Gleichtaktunterdrückung (CMRR)
  • Dämpfungsfaktor
  • Störspektrum (unbewertet/bewertet)
  • Maximale Ausgangsspannung
  • Gesamtdynamik (unbewertet/bewertet)
  • Klirrfaktor (THD) über Eingangsspannung und THD(f)
  • Klirrspektrum bei 1kHz
  • Transiente Intermodulationsverzerrungen
  • (DIM100)
  • Modulationsverzerrungen nach SMPTE (60Hz/7kHz)
  • Differenztonfaktor (DFD nach IEC268)
  • Leistungsdiagramm (verschiedenen
  • Lastimpedanzen, Dauerleistung,
  • Crestfaktoren 6dB bis 18dB, Peakleistung)

Mischpulte

Neben Fragen der Ausstattung und der Ergonomie sind die technischen Eigenschaften eines Mischpultes wichtige Merkmale, die über die Eignung für einen speziellen Einsatzzweck entscheiden.

Die Messungen können enthalten:

  • Verstärker-Gain
  • Frequenzgang (Betrag und Phase) mit Bestimmung der Eckfrequenzen
  • Übersprechdämpfung (CTC)
  • Gleichtaktunterdrückung (CMRR)
  • Störspektrum (unbewertet/bewertet)
  • Maximale Ausgangsspannung
  • Gesamtdynamik (unbewertet/bewertet)
  • Klirrfaktor (THD) über Eingangsspannung und THD(f)
  • Klirrspektrum bei 1kHz
  • Transiente Intermodulationsverzerrungen (DIM100)
  • Filterfunktionen (Hoch- und Tiefpässe, Bell- und Shelving-Filter, Notch-Filter usw.)

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