Die Software verfügt optional über ein Equalizer-Modul, mit dem der Frequenzgang in weiten Bereichen korrigiert werden kann. Der Equalizer funktioniert zum einen für die Echtzeitmessung, zum anderen kann er bei der Analyse von Wave-Dateien verwendet werden.
Der Equalizer besteht aus einer beliebigen Anzahl von parametrischen Filtern, die hintereinandergeschaltet werden können.
Jedes Filter ist ein sogenanntes „Peak“-Filter zweiter Ordnung. Sie können pro Filter die Mittenfrequenz, die Verstärkung (Gain) und die Güte (Q) einstellen. Die Verstärkung kann sowohl positiv als auch negativ sein.
Durch die variable Güte können Sie sowohl sehr breitbandige Filter als auch sehr schmalbandige Filter entwerfen. Sie können zum Beispiel mit schmalbandigen Filtern einzelne Frequenzen entfernen.
Eigenschaften
Die Konfiguration erfolgt über Textdateien.
Pro Zeile können Sie ein Filter definieren. Eine Zeile enthält drei Werte. Der erste definiert die Mittenfrequenz, der zweite die Verstärkung in dB und der dritte optionale Parameter gibt die Güte an
Die Zeile
1000 4.4 2.0
definiert ein Filter mit der Mittenfrequenz 1000Hz, der Verstärkung 4.4dB und eine Güte von 2.0. Sie können die Güte auch weglassen, dann wird ein Wert von 1.41 angenommen.
Dies folgende Bild zeigt eine Kette von verschiedenen Filter.
Die Konfiguration ist hierfür:
1000 3 10
1500 -1 10
400 10 20
6000 5 0.2
Wenn Sie einen automatischen Bericht aus einer Wave-Datei erstellen, wird der Frequenzgang des verwendeten Equalizers automatisch mit in den Bericht aufgenommen. Dieser Frequnzgang in diesem Beispiel entspricht der obigen Konfiguration. Diese Kurve im Bericht wird aus dem Filter direkt berechnet und entspricht damit dem idealen theoretischen Verlauf. In dem Bild zuvor wurde dieser Frequenzgang jedoch mit unserem System direkt gemessen. Die beiden Kurven sind dann auch, wie es zu erwarten ist, identisch.
Die folgenden Bilder zeigen den Einfluss der Güte (Q) auf ein Filter der Mittenfrequenz 1000Hz.
Q=100
Q=20
Q=10
Q=5
Q=2
Q=1.41
Q=1.0
Q=0.5
Q=0.2
Die Verstärkung kann auch negativ sein, in diesem Fall wird der Frequenzbereich gedämpft.
Gain=-3dB Q=2
Die gesamte Dokumentation ist auf unserem Server als pdf Datei verfügbar. Wir fassen wichtige Eigenschaften hier ergänzend zusammen.
Bitte schauen Sie in die Hauptanleitung (ca. 400Seiten auf deutsch)
Das obige Bild zeigt ein vollständiges Meßsystem für STI-PA
Es besteht aus:
Sinnvoll sind noch ein Handschallpegelmesser oder Kalibrator zur Messung absoluter Schallpegel.
Sofern ein hochwertiger IEC61672 Klasse 1 oder 2 Schallpegelmesser zur Verfügung steht, kann dieser über den AC-Ausgang anstelle des Messmikrofons verwendet werden.
Bitte beachten Sie, das für eine korrekte Messung der Sprachverständlichkeit gemäß DIN60268-16 folgende Bedingungen erfüllt sein müssen:
Hinweise:
Das Meßsystem arbeitet mit einer Abtastrate von 44,1kHz und entspricht damit dem CD-Standard. Bei der Wiedergabe der Testsignale auf einem CD-Spieler kann die Abtastfrequenz geringfügig abweichen. Dies ist bedingt durch die Taktabweichungen der Oszillatoren. Diese Abweichungen sind typischerweise nicht hörbar und liegen in der Regel unterhalb von 100ppm. Allerdings können diese geringen Abweichungen die STI Messungen verfälschen, da die Filter sehr schmalbandig sind. Daher sollte die Frequenzabweichung mit einem 1kHz Ton gemessen werden und protokolliert werden.
Sprachverständlichkeit ist der Schlüssel menschlicher Kommunikation. Für Notfallwarnsysteme, Telekomunikationssysteme, Durchsagesysteme ( z.B. in Bahnhöfen) oder allgemein Räume zur Sprachdarbietung (Schulungsräume) verringert eine ungünstige Sprachverständlichkeit nicht nur deren Funktion sondern ist auch sicherheitskritisch.
In vielen Ländern existieren daher gesetzliche Mindestanforderungen an die Sprachverständlichkeit. Für öffentliche Neubauten muss die Sprachverständlichkeit durch Messungen dokumentiert werden. In den meisten Fällen muss dabei die Norm IEC 60849 oder ISO 7240-16 berücksichtigt werden.
Die ersten Messungen der Sprachverständlichkeit basierten auf einer statistischen Analyse von Hörtests. Im Gegensatz hierzu sind die STI-Verfahren gemäß 60268-16 eine objektive Methode. Es werden spezielle Testsignale aus moduliertem Rauschen verwendet. Diese Signale simulieren die menschliche Sprache. Von besonderem Interesse ist die Verschlechterung des Signals durch den Übertragungskanal, der basierend auf den Testsignalen durch aufwendige Verfahren berechnet werden kann.
Die Sprachverständlichkeit eines Übertragungskanals wird beeinflusst von:
Die STI-Methode verwendet 7 Oktavbänder im Bereich 125Hz bis 8kHz. Aus allen Bändern wird ein Einzahl-Wert berechnet. Dieser Wert kann zwischen 0 und 1.0 liegen. Ein Wert von 0 bedeutet das keine Sprachverständigung möglich ist. 1.0 bedeutet eine ideale Sprachverständlichkeit.
Führen Sie das Installationsprogramm „setup.exe“ auf der Programm-CD aus und folgen Sie den Anweisungen.
Einige Versionen werden mit einem USB-Kopierschutzstecker ausgeliefert. Dieser Dongle muss in einen USB Steckplatz eingesteckt werden. Das Programm startet nur, wenn dieser Dongle eingesteckt ist.
Zur Zeit verwenden wir ein System von Unikey.
Dieser Dongle wird von Windows automatisch erkannt und benötigt keine Treiber.
Legen Sie die Audio CD mit den STI-PA Testsignalen in einen Audio CD-Spieler und verbinden Sie diesen mit dem Aktiv-Lautsprecher.
Aus dem Lautsprecher sollte jetzt das rhythmische STI-PA Rauschen hörbar sein.
Halten Sie das Messmikrofon etwa 50cm vom Lautsprecher entfernt und stellen Sie einen Schallpegel von ca. 66dB(A) ein. Sie können den Pegel direkt am Lautsprecher oder am CD-Spieler anpassen.
Aktivieren Sie die STI-PA Messung
Nach etwa 10s wird die Anzeige grün und Sie können die Werte ablesen. Bei diesem einfachen Test, bei dem der Testlautsprecher direkt gemessen wird, sollte der STI-Wert über 0.9 liegen.
WinAudioMLS unterstützt gemäß der DIN60286-16 zwei Sprechertypen (Männlich ‚male’ und weiblich ‚female’). Auf der CD sind beide Testsignale enthalten.
Achten Sei darauf, dass das Programm entsprechend eingestellt ist. Sofern Sie keine genaueren Vorgaben haben, verwenden Sie den Typ männlich.
Eine reale Messung läuft wie folgt ab:
Meßdaten als Bildschirmfoto
Wenn Sie die Funktion „Copy to clipboard“ verwenden, werden die Messdaten in die Zwischenablage gespeichert, wo Sie diese leicht nach Excel etc. exportieren können.
STI: 0.96 CIS: 0.98 Rating:excellent
MTI:0.732 0.974 0.959 1.000 0.994 1.000
M1: 0.764 1.002 0.974 1.030 0.967 1.005
M2: 0.884 0.957 0.948 0.980 1.000 0.983
RMS: -59.3 -68.7 -68.4 -67.6 -71.6 -66.5
male
35s
Das Programm zeigt folgende Parameter:
Beschreibung |
Parameter |
Speech Transmission Index |
STI |
Common Intelligibility Scale |
CIS |
Pegel im Band |
RMS |
Modulation Transmission Index |
MTI |
Modulationsindices |
M1 M2 |
Details zu insbesondere M1,M2, MTI finden Sie in der Norm DIN60268-16
Die beiden Verständlichkeitsmaße können auf einfache Weise umgerechnet werden:
CIS=1+log10(STI)
Der Sprachverständlichkeitsindex STI kann im Bereich von 0.0 (unverständlich) bis 1.0 (exzellent verständlich) liegen.
STI Index |
Kommentar |
0.0-0.3 |
unverständlich/bad |
0.3-0.43 |
schwach/poor |
0.43-0.6 |
angemessen/fair |
0.6-0.75 |
gut/good |
0.75-1.00 |
ausgezeichnet/excellent |
Gemäß Norm DIN 60849 muß die Verständlichkeit auf der Allgemeinen Verständlichkeitsskala (CIS: Common Intelligibility Scale) größer oder gleich 0.7 sein. Dies entspricht einem STI (Speech Transmission Index) von 0.5.
Der Meßaufbau ist sehr einfach. Das Testsignal, das aus speziellem modulierten Rauschen besteht, wird über einen Test-Lautsprecher über das Mikrofon der Notfallanlage eingespeist. An verschiedenen Stellen wird das Signal über ein Meßmikrofon aufgenommen und analysiert. Pro Messpunkt dauert die Messung etwa 15s.
Der Lautsprecher sollte einen Abstand von etwa 0.5m zum Mikrofon haben. Der Schallpegel des Testsignals sollte bei 66dB(A) liegen.
Auf der Produkt-CD befinden sich zwei Testsignale für STI-PA, einmal für eine männliche Stimme und die zweite für eine weibliche Stimme. Diese können Sie z.B. auf einen MP3-Spieler übertragen oder direkt von CD abspielen. Die Testsignale dürfen jedoch keinesfalls komprimiert werden sondern müssen direkt als .wav/PCM oder Audio CD abgespielt werden. Dieses Testsignal wird kontinuierlich über die Notfallanlage abgespielt.
Die Messung erfolgt sinnvollerweise mit einem kleinen Laptop z.B. Netbook und einem Messmikrofon an den Meßpunkten. Zusätzlich empfehlen wir einen Kalibrator, um auch absolute Schallpegel zu erfassen.
unter http://www.dr-jordan-design.de/Download/STIPA_test.ZIP
finden Sie eine Reihe von Testdateien, die eine Fehleranalyse erleichtern. Jede dieser .wav Dateien ist 15s lang und enthält einen speziell verringerten Modulationsindex.
Wenn Sie diese Dateien mit der STIPA-Messung analysieren, sollten sich folgende Werte ergeben.
30% STI-PA 0.38
40% STI-PA 0.44
50% STI-PA 0.50
60% STI-PA 0.56
70% STI-PA 0.62
Der verringerten Modulationsindex ist deutlich hörbar. Mit sinkendem Modulationsindex nimmt der Rauschcharakter zu.
Die Sprachverständlichkeit kann durch verschiedene Massnahmen verbessert werden.
Pegel
In gewissem Rahmen kann die Sprachverständlichkeit durch einen höheren Pegel verbessert werden. Hier sollte aber vorher unbedingt der Signal-Störabstand bestimmt werden. Zu hohe Pegel verschlechtern wiederum die Sprachverständlichkeit. Ist die Raumakustik ungünstig, verbessern hohe Pegel nicht die Sprachverständlichkeit. Daher muss unbedingt vorher die Ursache der geringen Sprachverständlichkeit ermittelt werden.
Verringerung des Nachhalls
Hier sind verschiedene Massnahmen sinnvoll. Grundsätzlich ist die Sprachverständlichkeit im Hallradius eines Lautsprechers besser als ausserhalb. Daher sollten mehr kleine Lautsprecher als wenige große aufgestellt werden. Die Richtwirkung der Lautsprecher hat hier auch eine zentrale Bedeutung.
Durch Absorber kann die Nachhallzeit im sprachrelevanten Frequenzbereich verbessert werden.
Durch elektronische Entzerrung (Equalizer) können ausgeprägte Raumresonanzen verringert werden.
Für reproduzierbare STI-Messungen müssen die verschiedenen Pegel sorgfältig gemessen und kalibriert werden.
Die aktuelle Norm 60268-16:2011 Annex J beschreibt eine Methode mit der der Pegel von Sprachsignalen gemessen werden kann. Bei Sprache ist es nicht ausreichend nur den A-bewerteten mittleren Schallpegel zu bestimmen. Diese Messung hängt in hohem Maße von den Sprachpausen ab. Mit dem standardisierten Messverfahren werden die Sprechpausen erkannt und aus der Berechnung entfernt.
Diese spezielle Messmethode können Sie direkt aus dem STIPA-Dialog ablesen.
In diesem Fenster wird der normale A-bewertete mittlere Schallpegel (RMS) angezeigt
Der rechte Wert zeigt den Sprachpegel gemäß 60268-16:2011 Annex J.2 an. Dieser Pegel ist immer größer als der reine RMS. Typischerweise liegt er etwa 3dB oberhalb des RMS. Sind die Sprechpausen größer, so ist auch der Pegelabstand zum RMS größer. Bei eienm kostanten signal ohne Pausen sind beide Pegel fast identisch.
Bei Sprache sollte mindestens über 40s gemittelt werden.
Das STIPA Testsignal enthält 7 bandbegrenzte modulierte Rauschsignale mit den Mittenfrequenzen 125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000HZ 4000Hz und 8000Hz.
Das Rauschsignal für jedes Band wird Amplituden-modululiert (AM). Das ideale Signal hat ein Modulationsindex von 1.0 und entspricht einem exzellenten STI-Wert. Rauschen, Nachhall, Echos, lineare und nicht-lineare Verzerrungen verringern den Modulationsindex und führen so zu einem schlechteren STI-Wert. Das Analyse-System bestimmt den Modulationsindex für jedes Band und berechnet daraus den STI-Wert als Einzahlwert.
Das obige Bild zeigt eine Spektralanalyse des STIPA-Signals (IEC 60268-16:2011). Man erkennt deutlich die 7 Oktavbänder. In jedem Band fällt der Pegel mit 3dB/Oktave ab da rosa Rauschen als Basissignal verwendet wurde.
Das folgende Bild zeigt den Frequenzgang unseres Band-Pass Filters für das 1000Hz Band
STIPA verwendet die folgenden Bänder mit Pegel:
Mittenfrequenz [Hz] |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
Pegel [dB] |
2.9 |
2.9 |
-0.8 |
-6.8 |
-12.8 |
-18.8 |
-24.8 |
0dB ist der A-bewertete Pegel des STIPA-Signals. Nach einer Kalibrierung zeigt ein Oktav-Analysator z.B. –6.8dB für das 1000Hz Band an.
STIPA verwendet 2 Modulationsfrequenzen pro Band. Zusätzlich beträgt die Phasenverschiebung 180° zwischen den beiden Modulationsfrequenzen.
Mittenfrequenz [Hz] |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
Mod. Freq. 1 [Hz] |
1.6 |
1 |
0.63 |
2 |
1.25 |
0.8 |
2.5 |
Mod. Freq. 2 [Hz] |
8.0 |
5 |
3.15 |
10 |
6,25 |
4 |
12.5 |
Die Nachhallzeit ist der wichtigste raumakustische Parameter und wird in vielen Bereichen gefordert (DIN 18041 und VDE 2569). Die Messung ist durch internationale Normen (DIN 3382) standardisiert . Klassischerweise wird diese durch abgeschaltetes Rauschen gemessen. WinAudioMLS verwendet hingegen weiterentwickelte Verfahren mit SweptSine / Chirp (DIN 18233), die auch unter ungünstigen Bedingungen (große Hallen /Stadien) mit kleinen Lautsprechern zuverlässige Ergebnisse liefert.
Dieses Meßsystem liefert im Gegensatz zur Rauschmethode auch die Raumimpulsantwort, aus der weitergehende Parameter (Klarheit, Definition oder STI) bestimmt werden können.
Moderne Bautechniken mit hoher Schalldämmung können erst durch diese Techniken mit mobilen Mess-Systemen erfasst werden.
Zur Messung der Nachhallzeit wird der Raum durch einen Lautsprecher mit speziellen Testsignalen angeregt. Das Schallfeld wird durch ein Messmikrofon erfasst und ausgewertet.
Im Bereich der Messung der Nachhallzeit haben sich vier Messverfahren etabliert:
Jedes dieser Messverfahren besitzt spezifische Vor- und Nachteile. Unser Messsystem unterstützt alle Messverfahren. Daher können Sie je nach Aufgabenstellung das optimale Verfahren verwenden. Durch die Unterstützung von mehreren Messverfahren können Sie auch Fehler im Aufbau leicht erkennen, indem Sie einen Raum mit verschiedenen Verfahren vermessen.
Die Verfahren werden hier nur kurz zusammengefasst. Eine detailliertere Beschreibung finden Sie in späteren Abschnitten.
Wir empfehlen grundsätzlich die Messung mit Chirp-Signalen, da Sie hiermit die besten Ergebnisse erzielen.
Direkte Messung mit Impulsanregung durch Knall/Explosion
Als einziges Messverfahren wird hier kein Lautsprecher benötigt. Der Raum wird durch einen lauten Knall angeregt und die Antwort des Raumes wird direkt erfasst. In vielen Fällen kann bereits durch einfaches Klatschen der Raum im Rahmen einer Orientierungsmessung erfasst werden.
Messung mit abgeschaltetem Rauschen
Der Raum wird durch einen Lautsprecher mit einem Rauschsignal angeregt. Das Signal wird abgeschaltet und das Abklingverhalten wird analysiert. Dieses Verfahren wird von vielen Handschallpegelmessern verwendet, da die Auswertung nicht rechenintensiv ist. In gewissem Rahmen ist das Verfahren auch „anschaulich“, da aus dem Messsignal die Nachhallzeit zumindest grob optisch abgelesen werden kann. Als einziges Verfahren liefert dieses Verfahren jedoch keine Raumimpulsantwort, die für weitere Analysen erforderlich ist.
Messung mit MLS bzw. Chirp
Diese modernsten Verfahren sind in der DIN 18233 beschrieben. Hier wird der Raum durch ein sehr spezielles Signal über einen Lautsprecher angeregt. Aus der Antwort des Raumes wird durch aufwendige mathematische Verfahren die Raumimpulsantwort bestimmt. Diese ist der Schlüssel für alle weiteren Auswertungen nach DIN3382. Die Messverfahren kommen mit einem geringeren Signalpegel aus. Daher können auch große Räume mit kleinen Lautsprechern vermessen werden. Die Verfahren MLS und Chirp sind sich relativ ähnlich. Allerdings ist die klassische MLS-Methode mittlerweile überholt, so dass grundsätzlich das Chirpverfahren benutzt werden sollte.
Für eine Messung der Nachhallzeit benötigen Sie folgende Komponenten.
Zur Messung der Nachhallzeit ist eine Kalibrierung nicht unbedingt erforderlich. Allerdings hilft ein Bezugspegel, Störgeräusche leichter zu identifizieren. Außerdem kann die Messkette in einem Schritt leicht überprüft werden.
Am einfachsten erfolgt dies mit einem Schallpegelkalibrator. Dieser wird über das Messmikrofon gelegt und der Bezugspegel eingegeben.
Wir empfehlen zusätzlich einen kleinen Handschallpegelmesser zu verwenden. Damit können schnell die Pegelverhältnisse überwacht werden.
Sofern Sie das Programm auf CD erhalten haben starten Sie einfach setup.exe im Hauptverzeichnis der CD und folgen den Anweisungen.
Das Programm wird mit einem USB-Kopierschutzstecker ausgeliefert. Dieser Dongle muss in einen USB Steckplatz eingesteckt werden. Sie können das Programm auf mehreren Arbeitsplätzen installieren. Das Programm kann jedoch nur auf dem Rechner gestartet werden, in dem dieser Dongle eingesteckt ist.
Dieser Dongle wird von Windows automatisch erkannt und benötigt keine Treiber.
Im allgemeinen liefern wir Komplettsysteme mit der USB-Soundkarten aus. Diese Soundkarte wird über USB an Ihrem Rechner angeschlossen und eignet sich damit auch für Notebooks.
Messmikrofone mit Phantomspeisung können an den eingebauten Vorverstärker direkt angeschlossen werden. Die Soundkarte benötigt weiterhin kein Netzteil. Dadurch wird die Verkabelung deutlich vereinfacht.
Diese Soundkarte kann direkt mit den Geräte-Treibern von Windows verwendet werden. Das Gerät wird automatisch erkannt. Sie benötigen nicht die mitgelieferte CD des Herstellers. Dadurch beschränkt sich die Installation auf den reinen Anschluss über USB.
Sie können grundsätzlich auch andere Soundkarten verwenden. Die Hinweise hier haben daher auch allgemeinen Charakter.
Der Lautsprecher wird mit dem Verstärker an den Ausgang der Soundkarte angeschlossen. Das Mikrofon wird mit der Soundkarte verbunden.
Bei der Messung der Nachhallzeit müssen die Mikrofonverstärkung an der Soundkarte und die Lautstärke des Aktivlautsprechers manuell eingestellt werden. Diese Einstellung ist unkritisch und hat keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit. Es muß lediglich ein sinnvoller Bereich eingestellt werden. Dieser Bereich wird durch die Software überprüft.
Die Verstärkung muß so gewählt werden, daß ausreichend Signal anliegt, ohne daß es zu Übersteuererungen kommt. Wenn die Clip-LED leuchtet, ist der Signalpegel zu hoch und es kann zu Verzerrungen kommen.
In den meisten Fällen ist es sinnvoll, die Einstellung wie folgt zu wählen: Legen Sie ein Schallpegelkalibrator mit 94dB an das Messmikrofon. Drehen Sie die Verstärkung soweit auf, bis die Clip-LED leuchtet, denn reduzieren Sie die Verstärkung wieder etwas. Wir empfehlen die Aussteuerung bei 94dB Schallpegel auf etwa –10dB Aussteuerung der Soundkarte zu legen. Damit können Sie Schallpegel bis etwa 104dB messen. Dieser Wert ist für typische Messaufbauten mehr als ausreichend.
Die Lautstärke sollte am Aktiv-Lautsprecher sollte so hoch wie möglich gewählt werden, um genügend Abstand zum Hintergrundgeräusch zu bekommen. Die Lautstärke wird durch den Lautstärker bzw. Verstärker begrenzt. Bei zu hohen Pegeln, die das System überlasten, kommt es zunächst zu Verzerrungen (THD), im Extremfall aber auch zur Zerstörung des Systems. Daher sollten Sie die Lautstärke mit Vorsicht einstellen.
Für eine sinnvolle Messung sind Schallpegel notwendig, die als „laut“ empfunden werden.
Wir empfehlen das Tragen von Gehörschutz.
Achten Sie darauf, dass die Phantomspeisung eingeschaltet ist. Wenn Sie vorsichtig in das Mikrofon pfeifen, muss die Signal-LED leuchten. (Mikrofonverstärkung mittig)
In keinem Betriebszustand sollte die CLIP-LED leuchten.
Mit den folgenden Schritten können Sie die Installation und Verkabelung überprüfen.
Die Soundkarte sollte eingeschaltet sein. Achten Sie darauf, dass die Phantomspeisung für das Meßmikrofon eingeschaltet ist.
Die Mikrofonverstärkung können Sie zunächst „mittig“ einstellen.
Verbinden Sie den Schallkalibrator mit dem Mikrofon. Üblicherweise wird ein Pegel von 94dB oder 114dB verwendet.
Die Signal-LED sollte leuchten. Sofern die „clip“-LED leuchtet ist die Verstärkung zu groß und Sie sollten die Verstärkung reduzieren (entgegen dem Uhrzeiger)
Starten Sie WinAudioMLS und starten Sie eine FFT-Analyse mit dem markierten Knopf.
Im oberen Teil sehen Sie das Spektrum. Im unteren Teil wird ein Pegel-Zeitverlauf angezeigt.
Im Spektrum sollte das Signal des Schallpegelkalibrators angezeigt werden. In diesem Bild ist die Frequenz von 1000Hz deutlich erkennbar.
Stellen Sie am Verstärker zunächst minimale Lautstärke ein. Überprüfen Sie die Verbindung zwischen Ausgang der Soundkarte, Verstärker sowie dem Lautsprecher.
Starten Sie zunächst den Signalgenerator und stellen Sie eine Frequenz von z.B. 1kHz ein. Stellen Sie sicher, daß Sie auch den Startknopf in der Werkzeugleiste gedrückt haben sowie ‚Mute’ aus ist.
Erhöhen Sie langsam die Lautstärke am Lautsprecher. Sie sollten deutlich den Ton mit der eingestellten Frequenz von 1kHz hören.
Stellen Sie die Mikrofonvorverstärkung auf mittlere Position. Schalten Sie den Signalgenerator aus oder beenden Sie das Programm. Wenn Sie jetzt vorsichtig in das Mikrofon pusten, darf dieser Ton nicht direkt aus dem Lautsprecher hörbar sein. Manche Soundkarten unterstützen eine Monitorfunktion. Damit wird das Mikrofonsignal direkt wieder auf den Ausgang geschaltet. Ein solcher Signalweg kann zu einer Mitkopplung führen. Es kann zu pfeifähnlichen Tönen hoher Lautstärke kommen, die auch Ihren Lautsprecher schädigen können.
Diese Mithörfunktion muss unbedingt abgeschaltet werden. Sie finden im späteren Teil eine detaillierte Beschreibung, wie Sie diese Funktion abschalten können.
Wenn Sie diese Schritte durchgeführt haben ist Ihr System einsatzbereit und Sie können mit der Messung beginnen.
In diesem Abschnitt beschreiben wir die Kalibrierung mit einem Schallpegelkalibrator. Nach einer Kalibrierung können Sie absolute Schallpegel messen.
Verbinden Sie den Schallkalibrator mit dem Mikrofon. Üblicherweise wird ein Pegel von 94dB oder 114dB verwendet.
Starten Sie eine Messung mit dem Terzanalysator
Sie erreichen den Kalibratordialog auch über das Menu Vordefinierte Messung->Kalibrierung.
Wählen Sie OK.
Nach erfolgreicher Kalibrierung muss der angezeigte Pegel dem Kalibrierpegel entsprechen (hier 94db).
Das folgende Bild zeigt die typische Oberfläche von WinAudioMLS. Die verschiedenen Bedienelemente sind mit Großbuchstaben gekennzeichnet.
A Meßbereich
Er enthält eine oder mehrere Kurven oder Overlays. WinAudioMLS kann mehrere Meßfenster verwalten.
B Y-Achse
Enthält den y-Maßstab und die Einheit
C X-Achse
Enthält den x-Maßstab und die Einheit
D Meßdaten
Enthält die wichtigsten Meßdaten und Cursorfunktionen. Die Darstellung wird er jeweiligen Betriebsart angepasst.
E Legende
Die Legende hilft bei der Verwaltung mehrer Kurven. Die Namen können frei angepaßt werden.
F Parameter viewer
Mit diesem Werkzeug können Sie einzelne Messwerte übersichtlich beobachten. Die Größe kann für eine bessere Lesbarkeit frei angepasst werden. WinAudioMLS kann mehrere solcher Fenster verwalten.
G Statuszeile
Sie enthält wichtige Einstellungen wie Abtastrate, FFT-Größe, Fensterfunktion, Gewichtungsfunktionen.
H Werkzeugleiste
Mit dieser Werkzeugleiste können Sie WinAudioMLS schnell konfigurieren.
I Pegelmonitor
Diese Balkenanzeige liefert den aktuellen Effektivwert (RMS) des Eingangs. Zusätzlich wird der Spitzenwert angezeigt.
J Marker
Mit Hilfe der Marker können Sie das Signal an frei definierbaren Positionen auslesen.
K Cursor
An der Mausposition wird der aktuelle Meßwert numerisch angezeigt. Mit Hilfe der Legende können sie zwischen mehreren aktiven Kurven wählen.
L Zielkreuz (Crosshair)
Diese Hilfslinien vereinfachen das Auslesen der Kurve.
M Meßrechteck
Mit diesem grafischen Werkzeug können Sie rechteckige Bereich leicht auslesen. Die Beschriftung des Rechteckes erfolgt stets in physikalischen Größen z.B. Frequenz oder dB.
WinAudioMLS kann die Messung der Nachhallzeit weitestgehend automatisch durchführen. Dabei sind insbesondere keine Kenntnisse über FFT-Größe, Fensterfunktion etc. erforderlich.
Für eine Messung sind folgende Schritte notwendig:
1) Sinnvolle Aufstellung der Lautsprecher und Mikrofone
2) Optionale Kalibrierung um absolute Schallpegel zu erfassen
3) Programmgeführte Einstellung von Lautstärke und Eingangsempfindlichkeit
Alle anderen Einstellungen führt das Programm selbständig durch, so dass nur eine geringe Einarbeitungszeit notwendig ist.
Das Programm misst insbesondere den Ruhepegel und die optimale Lautstärke.
Die Meßergebnisse werden in einem übersichtlichen (HTML) Bericht geschrieben. Dieser enthält neben den reinen Meßergebnissen auch die gemessene Impulsantwort für spätere Analysen.
Für eine zuverlässige Messung sind folgende Punkte zu beachten:
Für den Meßaufbau ist wichtig, daß das diffuse Schallfeld gemessen wird. Daher sollte die Schallquelle möglichst ungerichtet sein. Das Meßmikrofon sollte nicht den direkten Schall erfassen. Der Schallpegel muss weiterhin deutlich über dem Ruhepegel im Raum sein.
Starten Sie die Messungen der Nachhallzeit mit „Easy Measurements->Reverberation“ aus der Menuleiste. Sie können diese Messung auch bequem aus den vordefinierten Messungen erreichen.
Das Programm zeigt noch einmal die allgemeinen Hinweise wie die Messung verläuft. Sie können auch die Hilfefunktion nutzen, um detailliertere Informationen zu erhalten.
Wählen Sie das Verzeichnis, in dem die Ergebnisse (Bericht, Bilder sowie die Meßdaten) gespeichert werden.
Zur Messung der Nachhallzeit ist eine Kalibrierung nicht unbedingt erforderlich. Allerdings hilft ein Bezugspegel, Störgeräusche leichter zu identifizieren. Außerdem kann die Messkette in einem Schritt leicht überprüft werden.
Am einfachsten erfolgt dies mit einem Schallkalibrator. Dieser wird über das Messmikrofon gelegt und der Bezugspegel eingegeben.
Sie können die Nachhallzeit mit oder ohne Kalibrierung messen.
Verbinden Sie den Kalibrator mit dem Mikrofon und schalten Sie diesen ein.
In diesem Bild ist deutlich die Frequenz des Kalibrators (hier 1000Hz) zu erkennen. Es ist an dieser Stelle wichtig, daß Sie die Verstärkung des Mikrofonsignals korrekt einstellen. Ist die Verstärkung zu hoch, so ist die Meßkette übersteuert und es kommt zu einer Verfälschung der Meßergebnisse. Ist die Verstärkung zu niedrig, so steigt der Rauschpegel. Sinnvoll ist in der Regel ein Pegel von etwa –10dB. Sie können damit dann Schallpegel bis 104dB messen. Beabsichtigen Sie mit höheren Schallpegeln zu messen, so müssen Sie die Verstärkung reduzieren. Viele Kalibratoren bieten auch einen zweiten Bezugspegel bei 114dB an.
Nach der Kalibrierung dürfen Sie die Verstärkung des Mikronfons nicht mehr verändern, da sonst die Kalibrierung nicht mehr stimmt.
Der Pegel wird jetzt in absoluten Werten angezeigt.
Der Pegel des Kalibrators liegt jetzt bei 94dB.
Schalten Sie jetzt den Kalibrator und alle störenden Schallquellen ab. WinAudioMLS mißt den Ruhepegel und mittelt diesen über etwa 5s.
Im letzten Schritt, müssen Sie die Lautstärke des Lautsprechers einstellen. Grundsätzlich sollte der Pegel so hoch wie möglich sein, um ausreichend Störabstand zu erreichen. WinAudioMLS benutzt dafür einen Testton bei 1kHz. Stellen Sie die Lautstärke am Verstärker so ein, das die Lautstärke maximal wird. Die Lautstärke wird durch den Lautsprecher selbst begrenzt. Allerdings sollten Sie sich auch nicht selbst während der Messung gefährden und Gehörschutz tragen.
Das Programm überwacht, daß das System nicht übersteuert ist und das der Pegel deutlich über dem Ruhepegel liegt.
Bitte verändern Sie nur die Lautstärke, da ansonsten die Kalibrierung und der Ruhepegel nicht mehr stimmt. Falls Sie die Mikrofonverstärkung ändern müssen, so müssen Sie mit der Messung neu beginnen.
WinAudioMLS zeigt zwei Parameterfenster an, die Ihnen den Störabstand (THD+N) und den Pegel (RMS) anzeigen. Ist der Pegel zu niedrig, ist der Störabstand zu niedrig. Sie müssen die Lautstärke erhöhen. Ist die Lautstärke zu hoch, kommt es zu Verzerrungen im Lautsprecher oder in der Meßkette, dann sollten Sie die Lautstärke verringern.
Weiterhin wird der Signalpegel (RMS) mit dem zuvor gemesseneren Ruhepegel verglichen.
Sobald beide Parameterfenster grün sind können Sie die eigentliche Messung starten. Diese dauert etwa 10s. Verhalten Sie sich während dieser Zeit möglichst ruhig.
Die Meßergebnisse werden jetzt alle in ein HTML-Datei geschrieben, die Sie mit einem Internetbrowser öffnen oder ausdrucken können. Sobald die Messung abgeschlossen ist, wird der Bericht automatisch angezeigt.
In dem Bericht wird auch die Impulsantwort als .wav Datei gespeichert. Sie haben dann später die Möglichkeit diese Messung erneut oder detaillierter zu analysieren. Aus der Impulsantwort können Sie auch später wieder einen Report generieren.
Der Bericht enthält
In dem detaillierten Report finden Sie weitere Messergebnisse die auch zur Fehleranalyse sehr hilfreich sind.
Die folgenden Bildschirmfotos zeigen einen solchen automatischen Bericht.
Fortsetzung des Berichtes
Sie können diesen Report sehr leicht ausdrucken oder Teile davon in Ihre Dokumentation übernehmen.
Am Ende der Zusammenfassung finden Sie einen Link auf den detaillierten Bericht. Dieser längere Bericht enthält deutlich mehr Informationen, die auch für eine erfolgreiche Fehlersuche verwendet werden können. Sie finden im Bericht auch die vollständige Impulsantwort als .wav Datei.
Dieser Bericht enthält
Fortsetzung
In einem Raum mit idealen diffusen Nachhall, ist das Schallfeld an allen Punkten im Raum identisch. Unter realen Bedingungen weichen die Ausbreitungsbedingung an unterschiedlichen Punkten jedoch deutlich von einander ab. Es ist daher sinnvoll bei der Charakterisierung eines Raumes, Messungen an unterschiedlichen Positionen durchzuführen.
WinAudioMLS kann dann später den Mittelwert dieser Messungen bestimmen.
Für diesen Zweck müssen die verschiedenen Messungen eines Raumes in einem Ordner abgespeichert werden. Sie müssen dann lediglich diesen Ordner angeben und WinAudioMLS erstellt einen Unterordner mit dem Namen “Average”, der den Mittelwert der Messungen enthält. Dieser Ordner enthält die gemittelte Raumimpulsantwort und einen automatisch erstellten Bericht.
Wählen Sie aus der Werkzeugleiste zur Impulsantwortanalyse “AVG”
Sie erreichen diese Funktion auch über das Menu Module->Messreihen->Mittelung.
Wählen Sie einen Ordner aus, der die Messungen enthält, die gemittelt werden sollen.
Bei der Messung von großen Räumen, wie Hallen, Sportsäle, Stadien oder Konzerthallen können leicht eine Vielzahl von Messpunkten , teilweise Hunderte, entstehen.
Wir empfehlen pro Raum einen Ordner anzulegen, indem die Messergebnisse der automatischen Messung jeweils in einem Unterverzeichnis angelegt sind. Diese Ordner enthalten den Bericht und die gemessene Impulsantwort.
Wenn die Messreihen in dieser Form abgespeichert sind, kann WinAudioMLS diese Daten automatisch auswerten und zusammenfassen. Dabei werden die raumakustischen Parameter neu berechnet. Die Ergebnisse werden in einer neuen Datei zusammengefasst. Diese können dann sehr einfach nach Excel exportiert werden. Dabei können dann weiterreichendere Untersuchungen und Berechnungen durchgeführt werden.
In dieser Datei werden die folgenden Parameter zusammengefaßt:
Die Parameter werden aus der Impulsantwort neu berechnet und nicht nur lediglich aus dem Report extrahiert. Dadurch können sehr einfach z.B. die Nachhallzeit aus einem anderen Pegelbereich der Schröderkurve ausgewertet werden.
Wählen Sie aus dem Menu Plug-ins->Messreihen->Statistik
In dem folgenden Dialog wählen Sie das Verzeichnis aus, in dem die einzelnen Messergebnisse abgespeichert sind. Die Messreihen selbst werden nicht verändert.
Es werden lediglich die raumakustischen Parameter neu berechnet und in einer neuen Datei abgelegt.
Nach kurzer Zeit erscheint eine Hinweis, dass die Berechnung abgeschlossen ist.
Dabei wird eine neue Datei „statistic.csv“ angelegt. Es handelt sich hier um eine reine Textdatei. Die Ergebnisse können in einem Durchgang nach Excel kopiert werden und dort weiterverarbeitet werden.
Hier ein Ausschnitt der Textdatei
Messung RT60 [ms] C50 [dB] D80 [%] C80 [dB] D50 [%]
601 2261,9 -2,1 52,3 0,4 38,0
Hier ein Ausschnitt dieser Datei mit Excel importiert. Die einzelnen Elemente sind durch ein Semikolon getrennt. Im allgemeinen können Sie die CSV-Dateien direkt mit Excel öffnen.
Sie können Messdaten auf vielfältige Weise speichern
1) Bildschirmfoto (Screenshot)
Durch ALT-DRUCK auf der Tastatur wird der Programminhalt in die Zwischenablage kopiert. Dabei werden die ganzen Menuleisten etc. mitkopiert. Diese Funktion gehört zum Standardumfang unter Windows und funktioniert so mit allen Programmen.
2) Zwischenablage
Hier wird nur die Grafik abgespeichert.
Exportieren von Grafiken
Alle Grafiken von WinAudioMLS können über die Zwischenablage in andere Windows Anwendungen kopiert werden. Auf diese Weise können die Messungen mit einer Textverarbeitung dokumentiert werden. WinAudioMLS unterstützt dabei zwei Formate. Zum einen können die Grafiken in einem Vektorformat zum anderen in einem Bitmap Format gespeichert werden. In einem Vektorformat werden Linien durch einen Start und Endpunkt definiert. Dieses Format kann ohne Qualitätsverlust vergrößert oder verkleinert werden. Manche Windowsprogramme verarbeiten dieses Format jedoch nicht korrekt. In solche Fällen wir das Bitmap-Format in dem eine Grafik aus einzelnen Punkten definiert wird. Dieses Format verbraucht mehr Speicher und kann kaum skaliert werden. Es entspricht aber exakt dem, was Sie bei WinAudioMLS messen.
Alternativ können Sie auch ein „Screenshot“ machen. Damit kopieren Sie das gesamte Fenster mit allen Status- und Meßinformationen in die Zwischenablage. Drücken Sie einfach Alt+Druck auf Ihrer Tastatur. Sie können das Bild dann z.B. in Word oder ein Grafikprogramm aus der Zwischenablage einfügen. Die meisten Bilder in dieser Dokumentation sind auf diese Weise entstanden. Diese Funktion ist Teil des Betriebssystems und funktioniert bei allen Programmen, die unter Windows laufen. Sie können diese Funktion auch nutzen, um Bilder der 3D Darstellung zu speichern.
Screenshots eignen sich auch sehr gut zur Dokumentation, wenn sie mit unserem Support in Verbindung treten.
3) Numerische Daten
Mit View->show results können Sie die Meßergebnisse direkt auslesen und in die Zwischenablage kopieren.
0.000000 -35.420284
43.066406 -36.965042
86.132813 -45.737709
129.199219 -51.565979
172.265625 -52.174908
215.332031 -49.034374
etc.
Sie können auch die Meßdaten mit File->export in eine Textdatei abspeichern
In diesem Beispiel wurden die Daten in die Datei data.txt geschrieben, die Sie mit Notepad etc. anzeigen können.
4) Overlays
Durch Overlays können Sie mehrere Kurven (auch abgespeicherte überlagern)
Wählen Sie „set current curve as Overlay“ aus dem Menü Overlays
Wir haben hier das Meßfenster verschoben damit die Legende sichtbar ist. Das Overlay wird schon angezeigt, da die Messung aber gestoppt wurde werden beide Kurven übereinander gezeichnet.
Wenn die Messung wieder gestartet wird erscheinen jetzt beide Kurven
Wenn Sie in der Legende auf die Kurve klicken, können Sie Namen vergeben und die Linienart etc. verstellen.
WinAudioMLS enthält ein Werkzeug zur direkten Analyse von Raum-Impulsantworten. Alle relevanten Systemparameter können aus ihr abgeleitet werden. Daher ist die Impulsantwort der Schlüssel für die meisten Systemanalysen.
Mit dem automatischen Verfahren zur Messung der Nachhallzeit wird die gemessene Impulsantwort automatisch als .wav Datei mit abgespeichert. Daher können Sie auch später an den Messungen weitergehende Analysen durchführen.
Mit dem Impulse-Viewer können Sie auch die Impulsantwort in mehreren Fenstern mit unterschiedlichen Darstellungen betrachten. Dies beinhaltet:
Mit der Werkzeugleiste können Sie sehr einfach zwischen den verschiedenen Darstellungen wählen.
Die einzelnen Symbole haben dabei folgende Bedeutung:
Sie können auch nur Teilbereiche der Impulsantwort untersuchen. Mit dieser Funktion können Sie z.B. den Frequenzgang nur von ausgewählten Teilen der Impulsantwort berechnen. Sobald Sie das Auswahlfenster verschieben, wird der Frequenzgang automatisch aktualisiert.
Sie können Impulsantworten mit MLS bzw. Chirp Techniken oder direkt mit dem Oszilloskop messen. Es ist auch möglich, eine Impulsantwort auch aus .wav Dateien zu laden. Impulsantworten können auf einfache Weise zwischen mehreren Fenstern kopiert werden. Sie können dies auch in .wav Dateien speichern oder nach Excel etc. kopieren.
Der Impuls-Viewer arbeitet völlig unabhängig von dem Echtzeitmodul. Bevor Sie die verschiedenen Analysefunktionen nutzen können, müssen Sie eine Impulsantwort in den internen Speicher laden. Eine solche Impulsantwort kann aus einer laufenden Messung oder aus einer Datei stammen.
Um eine laufende Messung zu übernehmen, wählen Sie plugins->impulse->use current measurement. Diese Funktion können Sie nur dann verwenden, wenn Sie in einer Meßart Impulsantwort (MLS oder Chirp) sind oder das Oszilloskop benutzen. Sie können auch den internen Speicher automatisch aus der laufenden Messung aktualisieren.
Die Nachhallzeit ist einer der wichtigsten Parameter in der Raumakustik. Dieser Wert gibt die Zeit an, nach der die Schallenergie nach Abschalten des Anregungssignals um einen bestimmten Betrag abgesunken ist. Sehr weit verbreitet ist der Wert RT60, der die Abklingzeit bis auf –60dB vom Ausgangswert beschreibt. Die Nachhallzeit ist abhängig von der Frequenz, da die verschiedenen Materialien in einem Raum den Schall bei den verschiedenen Frequenzen unterschiedlich stark absorbieren. Die Nachhallzeit wird bestimmt durch die Absorptionsfläche und das Raumvolumen.
Eine Schallwelle breitet sich von ihrer Quelle in alle Richtungen aus. Am Ort des Zuhörers trifft zunächst der direkte Schallanteil ein.
Sobald eine Welle eine Wand erreicht, wird diese reflektiert und ändert dabei ihren Pegel, Phase und Richtung.
Treffen die Schallwellen an eine Oberfläche, so wird ein Teil gemäß dem Reflektionsgesetz reflektiert, ein Teil wird diffus reflektiert, ein Teil regt die Wand zum Schwingen an (Körperschall), ein Teil wird auf der anderen Seite wieder abgestrahlt. Grundsätzlich geht dabei ein Teil der Schwingungsenergie in Wärme verloren.
Die Schallwellen breiten sich weiter aus und werden stets auf neue reflektiert. Die Anzahl der reflektierten Komponenten nimmt ständig zu, während der Pegel sich verringt. Schließlich bildet sich ein diffuses Schallfeld, in dem der Schall gleichmäßig aus allen Richtungen eintrifft.
Der Pegel nimmt exponentiell ab und ist daher in einer logarithmischen Darstellung linear. Die Zeitkonstante bezeichnet man als Nachhallzeit.
Reflektionen, die innerhalb von 50ms (dies entspricht 17m) beim Zuhörer eintreffen, werden nicht als Echo wahrgenommen. Diese Reflektionen verstärken vielmehr den gesamten wahrgenommen Schalleindruck. Bei kurzen Impulsen können einzelne Echos ab 100ms erkannt werden, bei komplexer Musik entsteht dieser Eindruck erst nach mehr als 1s.
Es ist typisch für den diffusen Nachhall, daß der Pegel bei einer logarithmischen Darstellung linear abfällt. Daher kann die Zeitkonstante direkt ermittelt werden. Für die Nachhallzeit wird nach DIN3382 im allgemeinen RT60 verwendet, also die Zeit um die der Pegel um 60dB abgefallen ist.
In typischen Räumen haben wir ein Ruhepegel von etwa 30dB bis 60dB. Dieser wird verursacht durch Lüftungen, Computer, Straßenlärm etc. Auch das Rauschen der Meßkette spielt vielfach eine wichtige Rolle.
Daher werden im allgemeinen sehr hohe Schallpegel benötigt (100dB bis 130dB), um den Abfall des Nachhalls um mehr als 60dB direkt zu messen
Daher wird vielfach der Pegelabfall für weniger als 60dB gemessen. Dieser Wert sollte deutlich oberhalb des Grundrauschens liegen. In dem obigen Bild wird der Abfall um 32dB gemessen und dann linear auf 60dB extrapoliert. Diese Extrapolation sollte bei den Messungen grundsätzlich dokumentiert werden.
Der Hallradius beschreibt die Entfernung zur Schallquelle, in der der Direktschall und der Nachhall gleich sind. In einem sehr halligen Raum ist diese Entfernung sehr kurz. In einem schalltoten Raum, in dem praktische keine Reflektionen auftreten, ist diese Entfernung sehr lang. Im Freien, bei ungestörter Ausbreitung, ist der Hallradius unendlich.
Für viele Räume kann die Nachhallzeit T mit der berühmten Formel von Sabine abgeschätzt werden:
V ist das Raumvolumen und A die effektive Absorptionsfläche.
Diese Gleichung gilt nur, wenn die Absorptionsfläche klein ist gegenüber der Gesamtfläche S. Dies kann man sich an einem einfachen Beispiel veranschaulichen. In dem Grenzfall eines schalltoten Raumes, in dem die Wände ideal absorbieren, ist die Nachhallzeit 0, da überhaupt keine Reflektionen auftreten. Für diesen Fall liefert die Formel von Sabine aber trotzdem einen Wert größer als Null, der offensichtlich ungültig ist.
Räume haben - je nach Einsatzzweck - unterschiedliche Anforderungen an die Nachhallzeit. Ein Schulungsraum sollte auf maximale Sprachverständlichkeit ausgelegt sein. Daher wird hier die Nachhallzeit möglichst gering sein und Reflektionen sollten den Sprecher unterstützten. In einer Konzerthalle ist eine Verwischung durch den Nachhall sogar erwünscht, da so erst der musikalische Gesamteindruck entsteht.
Aufnahmestudios |
0.3s |
Schulungsräume |
0.6s-0.8s |
Büroräume |
0.35s-0.55s |
Konzerthallen |
~1s-3s |
Zur raumakustischen Planung von Räumen steht seit Mai 2004 die überarbeitete Fassung der DIN 18041 "Hörsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Räumen" zur Verfügung.
Diese Norm gibt Soll-Nachhallzeiten für bestimmte Raumarten wie Unterrichts- Musik, Tagungs- und Konferenzräume sowie Sport- und Schwimmhallen vor.
Im Bereich der Nachhallzeit haben sich vier Messverfahren etabliert:
Bei diesem Verfahren wird der Raum impulsförmig angeregt. Das Meßsignal am Mikrofon ist direkt die Impulsantwort des Raumes. Im Idealfall muss der Anregungsimpuls einen unendlich hohen Pegel und unendlich kurz sein (Dirac-Impuls). Dies lässt sich natürlich nur näherungsweise erreichen. Typischweise werden hier Funkenstrecken, Pistolen, kleine Sprengladungen oder mit Wasserstoff gefüllte Ballons verwendet. Das Ziel ist es den Raum mit möglichst hoher Energie zum Schwingen zu bringen. Mit Lautsprechern lässt sich dies nicht erreichen, da diese kurze Impulse nur mit geringer Energie abstrahlen können.
Dieses Verfahren ist vom Aufbau sehr einfach und gehört daher zu den ältesten Verfahren. Allerdings ist die Handhabung aufgrund der hohen Schallpegel nicht ganz ungefährlich und es werden hohe Anforderungen an die Pegelfestigkeit der Mikrofone gestellt.
Andererseits ist die Schallquelle hier nahezu punktförmig und strahlt gleichmäßig in alle Richtungen.
Das folgende Beispiel zeigt den zeitlichen Verlauf des Schallpegels nach Abschuss einer 6mm Pistole. Der Ruhepegel im Raum beträgt etwa 50-60dB. Durch den Knall erhält man hier einen maximalen Pegel von etwa 120dB. Die nutzbare Dynamik ist ca. 60dB. Innerhalb von 300ms fällt der Pegel um 60dB. Es handelt sich hierbei um einen sehr kleinen Raum mit hoher Dämpfung. Hier stellt sich nur näherungsweise ein diffuses Schallfeld ein.
Bei diesem Verfahren wird der Raum mit Rauschsignalen von einem Lautsprecher angeregt und abrupt abgeschaltet. Sowohl ein Impuls als auch weißes Rauschen sind breitbandige Signal. Impulse sind jedoch für Lautsprecher ungeeignet, da hier die mechanische Auslenkung der Membran eine Begrenzung darstellt. Mit Rauschen lässt sich mit einem Lautsprecher wesentlich mehr Schallenergie abstrahlen.
Das folgende Bild zeigt den zeitlichen Verlauf des Schallpegels nach Ein und Abschalten des Rauschsignals. Sie können solche Burse-Signale mit dem Signalgenerator erzeugen.
Dieses Messverfahren ist vom Aufwand noch sehr einfach und wird daher in vielen Handgeräten verwendet. Der Nachteil ist, das Störsignale direkt in die Messung eingehen. Daher müssen hier hohe Schallpegel verwendet werden, die wiederum hohe Anforderungen an die Verstärker und Lautsprecher stellen. Mit diesem Verfahren kann auch nicht die Impulsantwort des Raumes gemessen werden, die die Grundlage für weitere Analysen darstellt.
Bei diesem Verfahren werden rauschähnliche (Pseudo-Noise) Signale verwendet. Diese Signale werden über Lautsprecher abgestrahlt. Durch die speziellen Eigenschaften können Störungen unterdrückt werden. Daher kann mit deutlich geringeren Pegeln gearbeitet werden. Lautsprecher und Verstärker können damit kleiner dimensioniert werden was besonders für mobile Anwendungen interessant ist. Durch mathematische Operationen wird zunächst die Raumimpulsantwort bestimmt. Aus der Raumimpulsantwort wird die Energiezerfallskurve berechnet. Diese Kurve, die auch als Schroeder-Kurve bezeichnet wird, erlaubt die Berechnung der Nachhallzeit.
Impulsantwort
Das folgende Bild zeigt die Schröderkurve mit Auswahlrechteck.
Die Messungen mit ML-Sequenzen hat mittlerweile eine große Verbreitung gefunden, da mit dieser Messungen schnell und effizient durchgeführt werden kann. Allerdings hat dieses Verfahren auch einige Nachteile, die verbesserte Verfahren erforderlich machten. Die wichtigsten Nachteile sind:
Bei Messungen im Bereich der Raumakustik ist es wichtig einen ausreichenden Signalpegel über dem Grundrauschen zu erzielen. Daher werden Lautsprecher an Ihrer Leistungsgrenze betrieben, wo bereits deutliche Verzerrungen auftreten. Diese Verzerrungen treten bei MLS-Messungen in Form von Rauschen auf und verringern die nutzbare Dynamik. Daher werden große und leistungsfähige und damit leider auch unhandliche Lautsprecher benötigt.
Chirp Messungen sind wesentlich unempfindlicher gegenüber Verzerrungen. Die Lautsprecher können deshalb entsprechend kleiner ausgelegt werden, was insbesondere für mobile Messungen sehr nützlich ist.
MLS Signale haben aufgrund ihres Entwurfs eine konstante spektrale Leistungsdichte („weiß“). Dies ist für Messungen mit Lautsprechern eher ungünstig, da der überwiegende Signalanteil sich im Hochtonbereich befindet. Beträgt die Ausgangsleistung 100W im Bereich von 20Hz bis 20kHz, so liegen 50W im Bereich zwischen 10kHz und 20kHz, 47W im Bereich zwischen 500Hz und 10kHz und lediglich 3W im Tiefton Bereich zwischen 20Hz und 500Hz. Diese Aufteilung ist daher für typische Lautsprecher ungeeignet, da die höchste Belastbarkeit eher im Tiefton-Bereich liegt. Diese konstante Verteilung führt auch schnell zu Überlastungen der Hochtöner. Man kann zwar durch Filter das spektrale Verhalten bei MLS anpassen, allerdings ist diese Technik recht aufwendig.
Chirp Signal fallen mit 3dB pro Oktave im Spektralbereich ab. Diese Leistungsverteilung entspricht eher Rosa-Rauschen, obwohl beide Signale völlig unterschiedlich klingen. Der Großteil der Signalenergie liegt daher im tieffrequenten Bereich und passt daher ideal zu der typischen Belastbarkeit der Lautsprecher.
Weiterhin kann bei Chirp-Messungen eine obere und unter Grenzfrequenz definiert werden, die gesamte Signalenergie wird daher in diesem Frequenzbereich gebündelt. Daher wird ein Anregungssignal von vorn herein nur in dem Frequenzbereich erzeugt, wo es auch benötigt wird und muß nicht erst aufwendig gefiltert werden.
Aufgrund des rauschartigen Charakters werden bei MLS, Verzerrungen nur schwer gehört. Dieses Warnsignal, dass ein Lautsprecher an seiner Leistungsgrenze betrieben wird, fällt daher unter Umständen zu spät auf. Solche Verzerrungen fallen bei Chirp Signalen wesentlich stärker auf. Es ist allerdings auch mit Chirp Signalen problemlos möglich die Lautsprecher zu überlasten. Bei MLS tritt dies eher durch thermische Überbelastung im Hochtonbereich auf. Bei Chirp-Messungen durch mechanische Überbelastung bei tiefen Frequenzen. Daher ist grundsätzlich der Pegel vorsichtig anzupassen.
Chirp Sequenzen „klingen“ leider bei hohen Pegeln recht unangenehm und fallen deutlich stärker auf als das monotone Rauschen bei MLS.
Das grundsätzliche Meßverfahren ist identisch mit der MLS-Messung. Durch Korrelation wird zunächst die Raumimpulsantwort bestimmt.
WinAudioMLS verwendet zur Messung nicht die direkte Definition der Nachhallzeit.
Stattdessen erfolgt die Messung mit einem hochentwickelteren Verfahren mit Hilfe von MLS bzw. Chirp. Diese Verfahren sind erheblich unempfindlicher gegenüber Störungen. WinAudioMLS bestimmt das Abklingen der Kurve in einem frei definierbaren Bereich z. B. zwischen –10dB und –25dB. Hieraus wird die Zerfallsdauer bis –60dB extrapoliert. Dieser Parameter wird als RT60 bezeichnet. WinAudioMLS kann auch andere Parameter wie RT30 etc. berechnen. Durch die freie Konfigurierbarkeit können auch Zerfallsdauern im frühen Bereich („Early Decay“ EDT) durchgeführt werden. Die Nachhallzeit wird zusätzlich für Oktavbänder bzw. mit 1/3 Oktavauflösung bestimmt und graphisch dargestellt.
Alternativ zu der Messung mit MLS können Sie eine Raumimpulsantwort auch direkt aus einer *.wav Datei importieren. Diese Raumimpulsantwort kann dann für eine Berechnung der Nachhallzeit verwendet werden.
Die Nachhallzeitmessung kann auf vielfältige Weise angepaßt werden. Die folgende Dialogbox zeigt die möglichen Einstellungen.
Sie können den Bereich der fallenden Flanke frei wählen, der für die Extrapolation genutzt werden soll. Der Bereich wird durch einen Startpegel und einen Stoppegel definiert. Zusätzlich können Sie die Anzahl der Meßwerte vorgeben, die für die Mittelung (lineare Regression) verwendet werden sollen.
Weiterhin können Sie den Zielpegel festlegen, auf den sich die Nachhallzeit beziehen soll.
In diesem Beispiel wird im Bereich zwischen –8dB und –25dB 10 Werte gemittelt und aus dem Mittelwert wird die Nachhallzeit auf –60dB berechnet.
Bitte beachten Sie, daß der Mittelungsbereich auch graphisch direkt an der Meßkurve festgelegt werden kann.
Sie können den Mittelungsbereich auch direkt mit der Maus definieren. Grundlage hierfür bildet das Meßrechteck, das Sie durch Doppelklick in der Meßgraphik erzeugen können.
Das folgende Beispiel zeigt eine Messung in dem der Bereich zwischen –10dB und –40dB für die Berechnung der Nachhallzeit verwendet wurde. Die Nachhallzeit wird automatisch für die neue Auswahl aktualisiert. Sie können das Meßrechteck mit der Maus verschieben oder in seiner Größe verändern. Die resultierende Nachhallzeit wird direkt angezeigt.
Aus dem Meßrechteck wird der Start- und Stoppegel definiert. Diese Werte werden auch in die Konfiguration übernommen.
Die Messungen mit ML-Sequenzen hat mittlerweile eine große Verbreitung gefunden, da mit dieser Messungen schnell und effizient durchgeführt werden kann. Allerdings hat dieses Verfahren auch einige Nachteile, die verbesserte Verfahren erforderlich machten. Die wichtigsten Nachteile sind:
Bei Messungen im Bereich der Raumakustik ist es wichtig einen ausreichenden Signalpegel über dem Grundrauschen zu erzielen. Daher werden Lautsprecher an Ihrer Leistungsgrenze betrieben, wo bereits deutliche Verzerrungen auftreten. Diese Verzerrungen treten bei MLS-Messungen in Form von Rauschen auf und verringern die nutzbare Dynamik. Daher werden große und leistungsfähige und damit leider auch unhandliche Lautsprecher benötigt.
Chirp Messungen sind wesentlich unempfindlicher gegenüber Verzerrungen. Die Lautsprecher können deshalb entsprechend kleiner ausgelegt werden, was insbesondere für mobile Messungen sehr nützlich ist.
Frequenzverschiebungen treten bei vielen Messungen auf. Dies sind zum Beispiel
Die Frequenzverschiebung macht sich bei MLS durch einen Höhenabfall bemerkbar. In der Regel wird daher eine Referenzmessung gemacht, die dies kompensiert. WinAudioMLS kann durch die eingebaute Abtastratenumsetzung auch beliebige Taktabweichungen korrigieren.
Bei Chirp Messungen ist dies nicht notwendig, da das Messverfahren selbst erheblich unempfindlicher ist.
MLS Signale haben aufgrund ihres Entwurfs eine konstante spektrale Leistungsdichte („weiß“). Dies ist für Messungen mit Lautsprechern eher ungünstig, da der überwiegende Signalanteil sich im Hochtonbereich befindet. Beträgt die Ausgangsleistung 100W im Bereich von 20Hz bis 20kHz, so liegen 50W im Bereich zwischen 10kHz und 20kHz, 47W im Bereich zwischen 500Hz und 10kHz und lediglich 3W im Tiefton Bereich zwischen 20Hz und 500Hz. Diese Aufteilung ist daher für typische Lautsprecher ungeeignet, da die höchste Belastbarkeit eher im Tiefton-Bereich liegt. Diese konstante Verteilung führt auch schnell zu Überlastungen der Hochtöner. Man kann zwar durch Filter das spektrale Verhalten bei MLS anpassen, allerdings ist diese Technik recht aufwendig.
Chirp Signal fallen mit 3dB pro Oktave im Spektralbereich ab. Diese Leistungsverteilung entspricht eher Rosa-Rauschen, obwohl beide Signale völlig unterschiedlich klingen. Der Großteil der Signalenergie liegt daher im tieffrequenten Bereich und passt daher ideal zu der typischen Belastbarkeit der Lautsprecher.
Weiterhin kann bei Chirp-Messungen eine obere und unter Grenzfrequenz definiert werden, die gesamte Signalenergie wird daher in diesem Frequenzbereich gebündelt. Daher wird ein Anregungssignal von vorn herein nur in dem Frequenzbereich erzeugt wo es auch benötigt wird und muß nicht erst aufwendig gefiltert werden.
Aufgrund des rauschartigen Charakters werden bei MLS, Verzerrungen nur schwer gehört. Dieses Warnsignal, dass ein Lautsprecher an seiner Leistungsgrenze betrieben wird, fällt daher unter Umständen zu spät auf. Solche Verzerrungen fallen bei Chirp Signalen wesentlich stärker auf. Es ist allerdings auch mit Chirp Signalen problemlos möglich die Lautsprecher zu überlasten. Bei MLS tritt dies eher durch thermische Überbelastung im Hochtonbereich auf. Bei Chirp-Messungen durch mechanische Überbelastung bei tiefen Frequenzen. Daher ist grundsätzlich der Pegel vorsichtig anzupassen.
Chirp Sequenzen „klingen“ leider bei hohen Pegeln recht unangenehm und fallen deutlich stärker auf als das monotone Rauschen bei MLS.
Chirp Messungen eignen sich insbesondere im Bereich
Beispiel eines Chirp-Signals im Zeitbereich
Chirp-Signal im Frequenzbereich 200Hz-20kHz
Es ist deutlich der lineare Abfall mit 3dB/Oktave zu erkennen.
ACHTUNG: Wenn Sie den Treiber von der CD für die Soundkarte verwenden, sind die Einstellungen abweichend.
In diesem Fall muss unbedingt der „Direct Monitor“ ausgeschaltet werden, da sonst das Mikrofonsignal direkt wieder an die Lautsprecher gegeben wird und es zu Rückkopplungen kommen kann.
In diesem Dokument werden sowohl die Einstellungen mit dem Windows Systemtreiber als auch die mit dem des Herstellers beschrieben.
Wählen Sie aus dem Windows Startmenu die Systemsteuerung
Wählen Sie „Sounds, Sprachein-/ausgabe und Audiogeräte“
Wählen Sie „Sounds und Audiogeräte“
Wählen Sie „Erweitert“
In der Statuszeile sollte unten „MobilePre“ stehen, sonst wird die Einstellung für eine andere Soundkarte verändert.
Die Gesamtlautstärke und das „Wave“-Gerät müssen angeschaltet sein. Alle anderen Geräte können mit „Ton aus“ abgeschaltet werden.
Aus dem Menu „Optionen->Eigenschaften“ stellen Sie jetzt die Einstellungen für Aufnahme ein.
Wählen sie hier zunächst „Aufnahme“
Der Pegelregler sollte auf ca. 75% stehen, der genaue Wert ist jedoch nicht kritisch. Wichtig ist das der Pegel in keinem Fall auf Null eingestellt ist oder der Ton ausgeschaltet ist.
Wenn Sie den Treiber des Herstellers verwenden, stehen erweiterte Einstellmöglichkeiten zur Verfügung.
Achten Sie darauf das der „Direct Monitor“ ausgeschaltet ist.
Die Einstellungen für Aufnahme sind identisch zum Systemtreiber.
Seit einigen Jahren hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, das die Akustik in Büroräumen einen erheblichen Einfluß auf die Konzentrationsfähigkeit und damit die Arbeitsleistung der Mitarbeiter hat.
Die Anforderungen finden sich insbesondere in der DIN3382-2 und der DIN18041. Dabei steht eine Optimierung der Nachhallzeit im Vordergrund. Die Annahme ist hierbei, dass damit der Geräuschpegel insgesamt reduziert wird. Durch Absorber werden die Reflektionen reduziert, die Lautstärke von Sprechern reduziert sich durch den Lomabard-Effekt.
Über die Jahre hat sich jedoch gezeigt, dass solch behandelte Räume keinesfalls eine günstige Akustik haben. Zwar hat sich die Nachhallzeit reduziert und damit die Sprachverständlichkeit verbessert, allerdings ist genau dieser Effekt kontraproduktiv. „Sprachfetzen“ werden jetzt über weite Distanzen im Büro getragen. Instinktiv reagieren Menschen auf Sprache besonders empfindlich. Ein Mensch versucht unbewusst wichtige Information aus dem Schall zu gewinnen und die Konzentration leidet darunter. Anschaulich läßt sich dieser Effekt mit einem Telefonierenden vergleichen. In einer allgemein lauten Umgebung tritt ein Telefongespräch kaum störend ins Gewicht. Ist die Umgebung jedoch mit hohem Aufwand im klassischen Sinne akustisch optimiert, kann ein solches Telefongespräch sehr störend sein, gerade weil die Sprachverständlichkeit hoch ist.
Diese Erkenntnisse spiegeln sich in der neuen Norm DIN EN ISO 3382-3:2012-05 (Akustik - Messung von Parametern der Raumakustik - Teil 3: Großraumbüros) wieder. Hier werden wesentlich breitere Anforderungen an die Akustik gestellt. Im Vordergrund steht dabei die Reduktion der Sprachverständlichkeit. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Erreichen einer guten privaten Gesprächsumgebung an den einzelnen Arbeitsplätzen. Daher werden im wesentlichen der Schallpegel und die Sprachverständlichkeit (DIN60268-16) gemessen. Die klassische Nachhallzeit wird nicht mehr gemessen. Allerdings spiegeln sich die Reflektionseigenschaften des Raumes in der Sprachverständlichkeit wieder. Dieser Parameter STI ist wesentlich aussagefähiger als RT60.
Im Detail müssen folgende Parameter gemessen werden
Der Ablenkungsabstand rD ist der Abstand von der Schallquelle, ab der die Sprachverständlichkeit STI unter 0.5 sinkt.
Der Vertraulichkeitsabstand rp ist der Abstand von der Schallquelle, ab der die Sprachverständlichkeit STI unter 0.2 sinkt.
Lp,A,S,4m ist der A-bewerteter Nenn-Schalldruckpegel der normalen Sprache in einem Abstand von 4,0 m von der Schallquelle. Die Messung muss nicht im Abstand von 4m erfolgen, sodern dieser Wert wird durch lineare Regression aus anderen Positionen berechnet.
Das Fremdgeräusch, Lp, A,B ist der Schalldruckpegel in Oktavbändern, am Arbeitsplatz während der Arbeitszeit, jedoch bei Abwesenheit von Personen. Alle durchgängig vorliegenden Geräusche sollen dabei gemessen werden, die nicht durch Menschen verursacht werden, z. B. RLT-Anlagen (Heizung, Lüftung und Klima), Verkehrsgeräusche in der Umgebung,Büroausstattung oder ein System zur künstlichen Erzeugung von verdeckendem Schall (Sound-Masking),
Für eine normgerechte Messung ergeben sich folgende Anforderungen
Durchführung einer Messung
Zunächst wird der Lautsprecher an einer typischen Kopf-Position eines Mitarbeiters plaziert. Dabei muss ein Mindestabstand von 0.5m von Tischen und 2m von Wänden oder anderen reflektierenden Flächen eingehalten werden. Danach werden in verschieden Abständen von der Schallquelle alle geforderten Parameter gemessen. Die Messpositionen sollten in einer Linie sein., die über die Arbeitsplätze erfolgt. Typischerweise werden sechs bis zehn Messpositionen verwendet, mindestens jedoch vier. Für dei räumliche Abklingrate werden nur die Berich von 2-16m verwendet. Die erste Messposition muss sich am nächstgelegenen Arbeitsplatz auf der gedachten Linie befinden.
Insgesamt müssen mindestens 2 Positionen der Schallquelle vermessen werden.
Ein Prüfbericht muss folgende Angaben enthalten
a) Eine Aussage, dass die Messungen in Übereinstimmung mit diesem Teil der DIN EN ISO 3382-3:2012-10-03
b) Name und Lage des geprüften Raums;
c) Grundrisszeichnung des Raums mit einer Angabe des Maßstabs und, sofern relevant, ein Schnitt durch den Raum
d) Höhe und Hauptmaße des Raums;
e) Bedingungen im Raum (Mobiliar, Anzahl der anwesenden Personen, Betrieb der Lüftungsanlage)
f) Beschreibung der Oberfläche von Fußboden und Decke
g) Beschreibung von Typ und Höhe der Abschirmungen
h) Art der Schallquelle und Angabe der Richtungskenngrößen
i) Beschreibung der Schallsignale, der Messeinrichtung und der Mikrophone
j) Quellen- und Mikrophonpositionen auf der Grundrisszeichnung, einschließlich Abschirmungen und Aufbewahrungseinheiten zwischen Quelle und Mikrophon, sowie die Höhe
k) Messergebnisse als Einzahl-Werte
l) Kurven der räumlichen Schallverteilung einschließlich Messdaten für Lp,A,S, Lp,A,B und STI
m) Messdatum und Name der die Messungen durchführenden Organisation.