Lautsprecher im Wohnzimmer messen

[wiesonich]

Moin,

wie misst man eigentlich den Frequenzgang eines Lautsprechers im Wohnzimmer? Stehe gerade vor dieser Hürde und aus Mangel an Wissen und Erfahrungen für solche Messungen hoffe ich, ihr könnt mir bei meinem Projekt den einen oder anderen fachmännsichen Schubser geben, damit ich diese Hürde schaffe, ohne groß zu straucheln oder gar auf die Nase zu fallen. So ganz trivial scheint das ja nicht zu sein.

Bei dem Lautsprecher handelt es sich um einen selbst gebauten Dreiweger, der mit Hilfe einer programmierbaren Frequenzweiche DCX2496 und drei Stereo-Endstufen aktiviert werden soll. Das Ziel ist ein Lautsprecher mit möglichst tief liegendem Bafflestep (breite Schallwand also) und entzerrtem Tiefton. Der Mittel- und Hochton soll mit zwei verschiedenen Bündelungsverläufen betrieben werden können: als klassischer "Tannenbaum" mit Einschnürungen in den Übernahmebereichen oder möglichst ohne Einschnürungen, was in gewissen Grenzen bekanntlich über die Lage der Trennfrequenzen möglich ist. Messungen unter Winkeln sollen hier aber noch nicht das Thema sein, obwohl das für die Beurteilung des Abstrahlverhaltens natürlich unerlässlich wäre. Erst mal muss ich sattelfest werden im Umgang mit dem Messequipment und dem Einfluss des Raumes.

Der Lautsprecher:
3-Wege Flachbox geschlossen (102 x 45 x 16 cm)
Tieftöner: 8" Konus Visaton GF250
Mittelton: 3,5" Konus
Hochton: 1" Kalotte
Trennfrequenzen (geringe Bündelung): 400 Hz, 2,5 kHz
Trennfrequenzen (hohe Bündelung): noch offen



Das Mess-Equipment:
Mikrophon: Behringer ECM8000
Messverstärker: Monacor MPA102
Soundkarte: Roland Edirol UA-1EX
Software: Arta

Die Elektronik:
Frequenzweiche: DCX2496
Signalverstärker für Pegel-Anpassung: NE5532, 20 dB
Leistungsverstärker: 3x T-Amp S150

Der Raum:
Deckenhöhe: 2,40 m
Grundfläche: 3,30 x 4,30 m
Dachschräge
Noch keine Möbel drin, nur Teppich und die Anlage
Zwei Basotec-Platten je 1 x 1 m x 50 mm stehen zur freien Verfügung

Einige grundsätzliche Fragen vorweg:

1. Wo sollte der Lautsprecher für die Messungen am Besten stehen? Hier frage ich mich, welches Chassis für den Abstand zwischen Boden und Decke ausschalggebend ist und ob eventuell ein Sockel her muss.

2. Wo sollte das Mikrophon am Besten stehen (Abstand zur Box, Höhe)?

3. Die Schallwand des Lautsprechers ist leicht nach hinten geneigt. Muss das Mikrophon immer im Rechten Winkel auf die Schallwand bzw. die Chassis "zielen"?

4. Hat ein Mikrophn ein "oben" und "unten"? Oder misst das Behringer in alle Richtunge gleich gut?

5. Sollte der Raum für die Messungen irgendwie bedämpft werden?


Muss mich langsam vortasten und würde mich über eure Hilfe freuen!

[fabi]

Hallo,

schade, dass hier niemand antwortet, wo doch so viele inzwischen der Meßtechnik mächtig sind.

Zu deinem Thema kann man sehr viel schreiben oder aber in zwei Sätzen "abfrühstücken". Ich gehe davon aus, dass der Meßraum auch der Hörraum sein wird?

Gut, gehe wie folgt vor: Stelle die Box in die Raummitte, alle Möbel oder dgl. sollten möglichst weit weg sein. Das Mikrofon stellst du in 50cm Abstand genau auf Höhe des Hochtöners auf. Die Box würde ich dazu auf einen möglichst filigranen Stuhl stellen. Der Winkel zwischen Mikrofon (kugelcharakteristik, lies nach was es heißt) und Schallwand sollte dem Hörwinkel entsprechen.

Den Tiefmitteltöner mutest du und stellst eine ideale Addition der Mittel-Hochtoneinheit ein. "Fenstern" kannst du mal probieren, erfahrungsgemäß brauchst du das bei dem kurzen Abstand aber kaum. Arbeite mit 1/6 Glättung.

Raumbedämpfung kannst du vergessen, ob die zwei Platten nun drin liegen oder nicht spielt praktisch keine Rolle.

Nun stellst du die Box an ihren späteren Hörort (ohne Stuhl, genau so wie gehört wird) und richtest das Mikrofon zwischen Mittel und Tieftöner, 20cm Abstand reichen aus. Es geht nur um das Einstellen der idealen Übernahme, wie man saubere Bandpässe zur Addition (incl. Delay und dgl.) erstellt weißt du hoffentlich.

Nun gehst du mit dem Mikro an den Hörplatz und entzerrst im SUMMENEQUALIZER der Eingangskanäle auf eine möglichst gleichmäßig leicht abfallende Kurve, idealerweise geht es nur um Frequenzen unterhalb 1kHz. Hier würde ich mit 1/3 Glättung arbeiten.

Anhören, mehrere Positionen mitteln, verbessern, anhören usw... Wenn du nach einer Stunde nicht zu einem einwandfreien Ergebnis kommst, fange von vorne an.

Du misst selbsverversändlich stets nur die linke ODER die rechte Box, die Entzerrung gilt selbstverständlich trotzdem für beide. (Hier wird es Widerspruch geben, wenn noch jemand was schreibt, ich halte nichts von getrennter Entzerrung.)

In nem leeren Raum wird so ziemlich jede Anlage schrecklich klingen. Richte doch erstmal die Wohnung ein.

Grüße,
fabi

[pico]

Hi wiesonich,

hier haben wir mal was zu dem Thema geschrieben: Messen ohne RAR.

[wiesonich]

Hallo fabi, hallo pico,

danke für eure ersten Antworten. Die gehen genau in die richtige Richtung.

@fabi
Ja, der Messraum wird der Hörraum sein. Die Möbel kommen aber erst hinein, wenn die Box fertig gemessen ist. Sonst wird das ein elendes Geschiebe. Da ich keinen geeigneten Stuhl zum Draufstellen für die Box habe, war ich heute im Baumarkt und habe Spanplatten für einen Sockel gekauft. Die Maße des Sockels sind so gewählt, dass jedes Chassis in halber Raumhöhe platziert werden kann. Muss die Platten noch leimen. Erste Messungen gibt´s also erst morgen.

@pico
Die Seite gefällt mir. Die ist mir vor einiger Zeit schon mal beim Googeln untergekommen, hatte sie aber irgendwie nicht gespeichert, jetzt hab ich sie, danke. Zum konkreten Problem der Messung von Lautsprechern in beengten Wohnräumen scheint die "Lösung" aber nur den Abonennten vorbehalten, oder?

[fabi]

Hi,

ich habe doch extra um einen "filigranen" Stuhl gebeten, der die Schallwandgröße nicht beeinflusst.

grüße,
fabi

[Boxenwastl]

Hallo fabi, hallo pico,

@fabi
Ja, der Messraum wird der Hörraum sein. Die Möbel kommen aber erst hinein, wenn die Box fertig gemessen ist. Sonst wird das ein elendes Geschiebe.

Eine Box in einem unmöblierten Raum zu messen, in den nach der Messung Einrichtungsgegenstände kommen, halte ich für nicht sonderlich aussagekräftig.

Entscheidend ist der Frequenzgang der bei deinem Ohr ankommt, wenn du im vollständig möblierten Raum im Hörsessel sitzt. Ist zwar schwerer und umständlicher zu messen, aber das ist die Musik wie du sie letztendlich wahr nimmst.

Du kannst eine Messung in 1 m Entfernung mit Mikrofonstandort zwischen Hoch-und Mitteltöner machen und dann am Hörplatz.

Du wirst dich wundern, was von dem "geraden" Frequenzgang übrig bleibt.

[Frankynstone]

Um den Frequenzgang zu ermitteln, den man auch im reflexionsarmen Raum messen würde, muss gefenstert werden (Zeit der Mikrofonaufnahme so kurz, dass die erste Reflexion an irgend einer Wand das Mikrofon noch nicht erreicht hat), je größer der Raum, desto tiefere Frequenzen. Das geht bestimmt auch aus Picos Link hervor.

Im eingerichteten Raum kann man auch messen und zwar mit Terzrauschen und rotierendem Mikrofon für 10 Sekunden oder länger. Man ermittelt mit einem Schalldruckpegelmessgerät den mittleren Schalldruckpegel, indem man das Mikrofon in einem Bereich herumbewegt, in dem sich die Ohren der Zuhörer so befinden. Zur Bewegung des Mikrofons nimmt man den natürlich gewachsenen Präzisionsarm, bei den meisten Menschen ist die rechte Hand da angewachsen. Am Ende kann man eine Übertragungsfunktion aus den Messwerten zeichnen. Eine bessere Methode für reflexions- und modenbehaftete Räume fällt mir nicht ein.

[wiesonich]

Sorry für die späte Antwort meinerseits. Habe das Arta-Kompendium, Version 2.1D, Kapitel 6.2 "Messungen in reflektierender Umgebung" gelesen. Dort sind einige Punkte wie das "Fenstern" aber auch das "Nahfeld" und das "Fernfeld" an einem praktischen Beispiel mit dem Visaton-Chassis FRS8 recht gut beschrieben.

Vieles davon leuchtet mir auch ein, einiges aber nicht. Was ich zum Beispiel nicht verstanden habe, ist die Ermittlung der Mikrophon-Abstände im Nah- bzw. Fernfeld. Für das Nahfeld wird dort ein Abstand von höchstens "0,11 x Quellen-Abmessung" und für das Fernfeld ein Abstand von mindestens "3 x größte Quellen-Abmessung" genannt. So weit so gut. Was bedeutet jetzt aber die "Quellen-Abmessung"? Ist das der Durchmesser oder der Umfang des zu messenden Chassis? Für das Visaton Chassis FRS8 wird im Kompendium die "größte Quellen-Abmessung" mit 26 cm angegeben (Seite 69, letzter Absatz). Da kann ich rechnen wie ich will, auf 26 cm komme ich weder über den effektiven Durchmesser (6 cm) noch über den effektiven Umfang (19 cm) des FRS8.

Steckt da ein Fehler im Kompendium oder sitzt der Fehler wie so oft vorm PC?

Dass ein durchgehender Sockel die Schallwandgröße beeinflusst hab´ ich nicht bedacht. Ich hatte neben der Höhe des Sockels die Stabilität im Blick. Wenn sich das jetzt wirklich gravierend auswirken sollte, säge ich ovale Löcher in den Sockel. Das recht hohe Gewicht der Box setzt hier aber Grenzen. Zudem entstehen dann Sägekanten, an denen der Schall früher reflektiert als am Fußboden. Ich weiß wirklich nicht, was da schwerer wiegt. Müsst ihr sagen.

Was die Position der Box im Raum sowie den Abstand des Mikrophons angeht, habe ich die Formeln aus dem Arta-Kompendium (Seite 68) erweitert und in Excel eingegeben und damit ein wenig herum gerechnet. Soweit ich dabei keinen Fehler gemacht habe, liegt die tiefste messbare Frequenz für die komplette Box in meinem Raum bei etwa 250 Hz, wenn die Sockelhöhe so gewählt wird, dass der Mitteltöner etwa in der Raummitte liegt und das Mikrophon in Höhe des Hochtöners etwa einen Meter entfernt steht. Bei 70 cm Mikrophonabstand vergößert sich das Messsfenster bis etwa 200 Hz.

Müsste das nicht eine gute Basis sein für reflektionsarme Messungen? Nicht nur der Übernahme zwischen Mittel- und Hochton, sondern auch der Übernahme zwischen Mittel- und Tiefton? Letztere soll ja bei 400 Hz liegen. Zur Not könnte ich auch bis 500 Hz gehen, das wäre dann ein Abstand zur tiefsten messbaren Frequenz von immerhin einer Oktave.

Zu aller erst möchte ich mir aber im Klaren sein über die Mikrophon-Abstände für Nah-/Fernfeld-Messungen eines Chassis gemäß Arta-Kompendium. Woher kommen die 26 cm als "größte Quellen-Abmessung" für den FRS8 aus dem dortigen Beispiel?

Und für die Messung der gesamten Box, also aller drei Wege gleichzeitig, wüsste ich gern, ob das Mikrophon auf Höhe des Hochtöners, des Mitteltöners oder dazwischen positioniert werden muss, und welcher Mikrophon-Abstand zur Box für so eine Gesamt-Messung sinnvoll/erforderlich ist? (Die Chassis meines Dreiwegers liegen ziemlich genau 31 cm außeinander, Mitte Hochtöner zur Mitte Tieftöner.)

[ente]

.....

siehe Anmerkung 2: Unter Verwendung der größten Abmessung der Quelle (Raumdiagonale des Gehäuses) ergeben sich für Wohnraumbedingungen nicht realisierbare Messabstände. Als Kompromiss können entweder der 3fache Durchmesser des größten Lautsprechers, oder für Messungen im Hochtonbereich, mindestens der 6fache Abstand zur nächsten Gehäusekante genommen werden.

Bedenke: Untere Grenzfrequenz und Auflösung der Messung stehen in direkter Beziehung.

Gruß
Heinrich

[fabi]

Hallo,

ich halte die Fensterfunktion für Messungen in Wohnräumen vollkommen ungeeignet. Welche Frequenzbereiche interessieren denn? Messungen unter 300...400Hz sind in normalen Wohnräumen mit vertretbarer Frequenzauflösung nicht durchzuführen. Oberhalb des Grundtonbereichs lässt sich mit kurzem Messabstand und vergleichsweise starker Glättung ein besseres Ergebnis mit viel höherer Auflösung erstellen. Meist muss man das Fenster so setzen, dass man gerade eben so die 128 Samples vollbekommt und hat dann eine Frequenzauflösung von gerademal 375Hz. Das heißt, dass bis 2kHz fünf (!) Meßpunkte zur Verfügung stehen. Da rate ich lieber.

Die Fensterung ist sinnvoll, wenn es eine oder wenige sehr starke, diskrete Reflexionen gibt, die zeitlich stark verzögert kommen. Misst man beispielsweise im Freien mit großem Bodenabstand und will "offizielle", reflexionsfreie Messungen durchführen, ist das Verfahren ideal.

Mach doch mal so, wie ich es oben beschrieben habe. Ob das Mikro in 3m Hörentfernung auf Hochtonachse, oder zwischen Hochtöner und Mitteltöner ist, macht kaum einen Unterschied. Miss beides und hör dir die Sache an.

Die längere Schallwand nach unten ist nicht kriegsentscheidend, warum aber einen Sockel bauen, sägen und leimen, wo man auch einfach einen beliebigen Stuhl nehmen kann.

nochmal: Erstmal geht es um die ideale Addition der drei Wege. Die +6dB bekommst auch auch mit Raumeinfluss fast immer zu sehen. Anschließend wird erst die Summenkurve entzerrt. Ein schönes Diagramm zum Rausdrucken wie aus dem reflexionsarmen Raum gibts natürlich nicht, aber darum gehts auch nicht. Messen ist ja kein Selbstzweck sondern erleichtert das Hören der Unterschiede.

Grüße,
fabi

[Frankynstone]

Moin!

Na das klingt doch schon mal gut. Zum Thema Nahfeld würde ich aber weniger nach dem Durchmesser der Schallwand oder des Lautsprechers gehen, vielmehr nach der Wellenlänge. Je tiefer die Frequenz ist, desto größer ist das Nahfeld, Stichwort Wellenzahl. Die Dimensionen von Chassis oder Box sind hier nur ein Anhaltspunkt nach meinem Verständnis, aber ich könnte mir vorstellen, dass der oft geeignet ist.

Der durchgehende Sockel wird nicht stören, die Schallbeugung an der Boxenunterkante kommt im regulären Betrieb einer Standbox nicht vor, sie steht schließlich auf dem Boden. Wenn du Löcher reinsägst, erzeugst du an deren Kanten neue Phantomschallquellen und machst eventuell einen kleinen Messfehler mehr.

Bis etwa 200Hz runter messen ist auch das, was andere in ihren Räumen so schaffen, da hast du dich nicht verrechnet. Die Trennfrequenz zwischen Tief- und Mittelton liegt bequem drin, brauchst du nicht verschieben.

Wegen der korrekten Schalladdition solltest du das Mikrofon in einem derartigen Winkel oberhalb der Hauptabstrahlrichtung anordnen, wie die Box dann gehört wird. Ich könnte mir vorstellen, dass 70cm entfernt und auf Höhe des Hochtöners etwas zu steil nach oben ist, Skizze machen hilft mit der Laufzeitdifferenz. Bei kurzem Mikrofonabstand wird die Mikrofonhöhe noch zwischen Mittel- und Hochtöner liegen.

In einer Lautsprecherbauzeitschrift war auch mal der Fehler dokumentiert, den man macht, wenn der Tieftöner am unteren Ende der Box ist und also das Mikrofon einen Meter vom Hoch- und Mitteltöner, aber nahezu zwei Meter vom Tieftöner entfernt ist. Das war dann auch nicht mehr zu vernachlässigen.

Da die akustischen Zentren deiner Box nur 31cm weit auseinander liegen, wirst du bei 1m Messabstand bei der unteren Trennfrequenz schon keine Probleme mehr haben, richte dich nur nach der Laufzeitdifferenz (Abstandsdifferenz) von Hochtöner zu Mikrofon und Mitteltöner zu Mikrofon. Die Differenz soll genau so groß sein, wie in der realen Hörsituation.

Ein Programm, was lineare Frequenzabstufung für die Messpunkte nimmt, also z. B. stets 375Hz, nimmt bei tiefen Frequenzen viel zu wenige und bei hohen Frequenzen unnütz viele Punkte. Das gezeichnete Diagramm ist nicht aussagekräftig. So ein Programm ist nicht für Messungen an Lautsprechern geeignet, sondern vielleicht für den experimentellen Physiker. Die Abstufung muss logarithmisch sein, damit die Anzahl der Punkte pro Dekade immer gleich ist, dann passt das auch zu menschlichen Ohren.

Vorträge über Schallmesspraxis halte ich mit Quellenangaben durchaus gern im Forum, aber nicht heute hab nämlich viel zu tun.

[pico]

Hi wiesonich,

wieso hackerst Du das nochmal in EXCEL ein, wo es im oben verlinkten Artikel doch einen ONLINE-Rechner gibt, der genau das ausrechnet? OK, die Antwort kann ich mir bei Deinem Nick denken: "wiesonich"

Und genau da steht auch, das ein "untere Grenzfrequenz" von X Hz NICHT bedeutet dass man ab da verlässliche Ergebnisse kriegt, sondern dass da die erste Stützstelle ist. Mal angenommen die Stützstelle sei bei 200 Hz, dann ist darin die mittlere Energie von 100 bis 300 Hz enthalten .Die nächste Stützstelle wäre dann 400 Hz, da ist der Mittelwert von 300 bis 500 Hz enthalten -> DAMIT KANN MAN KEINE TRENNFREQUENZ BEI 400 HZ OPTIMIERNE WEIL MAN NIX SIEHT!!!

Oder kurz: Fabi hat recht (und Frankynstone nicht)

[wiesonich]

Jetzt weiß ich nix mehr.

Messungen unter 300...400Hz sind in normalen Wohnräumen mit vertretbarer Frequenzauflösung nicht durchzuführen.

Die nächste Stützstelle wäre dann 400 Hz, da ist der Mittelwert von 300 bis 500 Hz enthalten -> DAMIT KANN MAN KEINE TRENNFREQUENZ BEI 400 HZ OPTIMIERNE WEIL MAN NIX SIEHT!!!

Bis etwa 200Hz runter messen ist auch das, was andere in ihren Räumen so schaffen, da hast du dich nicht verrechnet. Die Trennfrequenz zwischen Tief- und Mittelton liegt bequem drin...

@fabi
Verstehe ich dich richtig, dass bei 400 Hz nicht mein Raum die Grenze zieht, sondern eine etwaige mangelnde Auflösung der Fenstermessung?

@frankystone
Wenn eine lineare Frequenzabstufung die Ursache sein könnte für eine zu geringe Auflösung im Tieftonbereich, wie fabi sie anspricht, trifft das auch auf Arta zu, oder verwendet Arta eine logarithmische Frequenzabsbstufung?

@pico
Ich habe die Formeln aus dem Arta-Kompendium so erweitert, dass bei der Summenmessung meiner Box die Laufzeiten der Impulse und Reflektionen aller Chassis abhängig vom Messabstand, der Mikrophonhöhe sowie der Sockelhöhe zur Berechnung der tiefsten messbaren Frequenz herangezogen werden. Durch den vertikalen Versatz der Chassis zueinander entsteht ja ein auch vertikaler Versatz zum Mikrophon und zur Raummitte. Und ein solcher Versatz kann leider auch im Link nicht eingegeben werden. Mir ging es einfach darum, eine für die Summenmessung geeignete Sockelhöhe herauszufinden, die alle Mikrophonhöhen ziwschen Hoch- und Mitteltöner zulässt, ohne das Zeitfenster zwischen Impuls und Reflektion übermäßig einzuengen. Mit der jetzt gewählten Sockelhöhe liegt die Spanne der tieften messbaren Frequenz je nach Mikrophonhöhe theoretisch zwischen 200...250 Hz.

In einer Lautsprecherbauzeitschrift war auch mal der Fehler dokumentiert, den man macht, wenn der Tieftöner am unteren Ende der Box ist und also das Mikrofon einen Meter vom Hoch- und Mitteltöner, aber nahezu zwei Meter vom Tieftöner entfernt ist. Das war dann auch nicht mehr zu vernachlässigen.

Da die akustischen Zentren deiner Box nur 31cm weit auseinander liegen, wirst du bei 1m Messabstand bei der unteren Trennfrequenz schon keine Probleme mehr haben, richte dich nur nach der Laufzeitdifferenz (Abstandsdifferenz) von Hochtöner zu Mikrofon und Mitteltöner zu Mikrofon. Die Differenz soll genau so groß sein, wie in der realen Hörsituation.

Das leuchtet mir ein. Die Lauzeitdifferenz lässt sich ja durch den Mikrophonabstand und die Höhe bestimmen. Danke. Wie schaut es in diesem Zusammenhang mit dem horizontalen mechanischen Versatz der Chassis zueinander aus? Das akustische Zentrum der Hochtonkalotte sitzt ja weiter vorn als das akustische Zentrum des Mittel- und besonders des Tieftonkonus. Sollte hier schon ein Delay in der DCX eingestellt werden, der dem horizontalen mechansichen Versatz entspricht?

[fabi]

Jede FFT hat prinzipbedingt linear verteilte Stützstellen. Die Gatelänge hängt unmittelbar mit der Frequenzauflösung zusammen, das wird im Kompendium und auch hier im Thread bereits erwähnt. Je kurzer das Gate, desto geringer die Frequenauflösung, bei 128 Samples (kleinstes, zulässiges Fenster), beträgt die Frequenzauflösung die o.g. 375Hz. Die erste Frequenz ist stets 0Hz, die nächste folglich 375 usw... Damit kann man keine Lautsprechentwicklung durchführen.

Vergiss bitte endlich die Fensterei . Sie ist für deinen Anwendungsfall kein geeignetes Verfahren.

fabi

[Frankynstone]

@all: Kann sein, dass ich in Bezug auf Programme im Unrecht bin, die aus einem Impuls oder Chirp mittels diskreter oder schneller Spektralanlyse mit equidistanten Stützstellen im Unrecht bin, aber prinzipiell gehts. Da rede ich jetzt nicht von Messprogrammen und ich kenne echt auch kein einziges aus dem eigenen Gebrauch, sondern ich rede von Schallmesspraxis im ganz herkömmlichen Sinne, indem man einzelne Frequenzen, einen logarithmischen Sweep oder einen Impuls bekannter Zusammensetzung (z. B. eine Sinushalbwelle sehr hoher Frequenz) nimmt und dann mit analogen Messgeräten schaut, was das Mikrofon so geliefert hat. Und mehr kann ich jetzt auch nicht beitragen, außer aus dem Skript und althergebrachter Literatur zu zitieren.