Mikros: Impulsantwort anstatt Frequenzgang?

[john7]

Hey,

ich würde gern wissen warum anstatt von Dateien mit Frequenzgangkorrekturen für Mikrofone nicht einfach Impulsdateien verwendet/angeboten werden.
Aus der Impulsantwort lässt sich ja, wenn ich da richtig liege, der Frequenzgang "herausrechnen".

Außerdem könnten so Aufnahmen mithilfe der invertierten Impulsantwort "bereinigt" werden.

[hreith]

Hi john7,

ob man die Impulsantwort oder den Frequenzgang (Pegel+Phase) betrachtet ist egal da man das eine in das andere umrechnen kann. Reine Pegelmessungen sind relativ einfach und mit guter Genauigkeit machbar. Mit der Phase wird es schon schwieriger. Manche Dienstleister liefern nur den Pegelverlauf, nicht die Phase.
Wenn du eine Impulsantwort hast (egal ob gemessen oder errechnet) dann musst du die an deine Taktrate anpassen/umrechnen.

[john7]

Ich Frage deswegen, weil es ja möglich sein sollte selbst eine Art Funkenknall-Apparatur zu bauen und somit auch selbst Kalibrationen durchführen könnte?

[hreith]

Geht es dir um die Kalibrierung eines Mikros?
Schaue mal ins ARTA-Manual, da gibt es Hinweise wie man sowas machen kann.
In der Regel gilt: Messen=Vergleichen.

[pico]

Hi john7,

Funkenknallapparaturen erzeugen sehr kurze, sehr laute Impulse - das ist schön für die Theorie aber Mist für die Praxis:

1. das Signal hat nur einen sehr geringen Energieinhalt im unteren Frequenzbereich, in dem das Störgeräusch leider den meisten Energieinhalt hat -> die Anregung ist schlecht auf das Problem (hoher Abstand zum Grundgeräusch) angepasst
2. bei den hohen Impulsen wird das Mikro schnell nichtlinear - gar nicht gut für eine Kalibrierung
3. Die Funkenknallapparatur variiert zu stark in der Lautstärke - gar nicht gut für eine Kalibrierung

Für eine 1-Punkt-Kalibrierung ist ein Mikrofonkalibrator gedacht, der leider recht teuer ist und auch nur eine Genauigkeit von +/- 0.2 dB hat (und das auch nur wenn B&K drauf steht). Damit hast Du aber noch nicht den Frequenzgang kalibriert.

[agossi]

Hallo Pico

Eine Funkenknallaparatur erzeugt doch einen sehr kurzen Knallimpuls, laut meinen mathematischen Kenntnissen ein Dirac-Stoss, der das ganze Frequenzspektrum mit gleicher Energie über eine (theoretisch) unendliche Bandbreite enthält

Also eigentlich ideal für solche Messungen

Die Nichtlinaritäten sind mal natürlich ein anderes Problem. Ebenso die ganze Verstärkerkette bis zum A/D-Wandler, die sicher auch einen Frequenzgang hat

[hreith]

Hi Andi ,

bei einer Anregung mit einem Impuls hast du ein maximal schlechtes Verhältnis von Maximalpegel zum Energiegehalt pro Frequenband. Wenn du einen bewerteten Dirac mit Vollaussteuerung in eine FFT mit 32k-Punkten laufen lässt, dann hat jedes Band nur ca -42dB. Gegenüber einer Sinusmessung gehen dir also schon alleine über die Auswahl der Anregung 42dB an Störabstand verlohren.

Hinzu kommt, dass ja (wie Pico schon geschrieben hat) dei Störgeräusche bei tiefen Frequenzen in der Regel deutlich ansteigen.

Gerade für eine Kalibrierung möchte man eine möglichst genaue Messung haben und dies bedingt einen möglichst hohen Störabstand - und genau den kann die Impulsmessung gerade nicht bieten.

Hinzu kommt, dass bei einer Sinusanregung auch genau dieses Band am Ausgang ausgefiltert und so von Störungen in anderen Bändern bereinigt werden kann.
Eine breitbandige Anregung kann das nicht. Hier könntest du Rauschen sowie Klirr und Intermodulation aus anderen Bereichen gar nicht vom gewünschten Signal im Band unterscheiden.

[john7]

Okay. Ich habe auch noch gelesen, dass sich die Messung mit einem Impuls (aufgrund der genannten Gründe) eher nur für Messungen ab 5 kHz eignet.

Es gibt jedoch auch noch ein anderes Verfahren, das rein auf Impulsen beruht: MLS (Maximum Length Sequence)

MLS ist ein binäres Rauschsignal, welches aber nicht wie rosa oder weißes Rauschen eine zeitlich zufällige Verteilung besitzt, sondern immer wieder exakt reproduzierbar ist. Dadurch entfallen die bei rosa Rauschen üblichen zeitaufwendigen vielen Messungen über welche dann gemittelt wird.

Der Hauptvorteil gegenüber dem Impulssignal ist der bei gleicher Amplitude etwa 30dB größere Energiegehalt wodurch das System auch bei tiefen Frequenzen genügend stark angeregt wird. Ein weiterer Vorteil der MLS-Messung ist die nahezu vollständige Unterdrückung des Gleichspannungsanteils in der Meßkette, was vorteilhaft für die Sprungantwort ist.

Weiterer Vorteil ist, dass man damit Messungen in normalen Räumen durchführen kann. (indem man später auftretende Raumreflexionen einfach wegschneidet)


Bleibt nur die Frage womit man dieses Signal möglichst perfekt abspielen könnte ...

[hreith]

Hi john7,

MLS wird entweder in Hardware mit rüggekoppelten XOR-Gattern oder eben per Software erzeugt. Es stammt aus Zeiten, in denen gute Soundkarten mit hochwertigen AD und DA-Wandlern noch selten/teuer waren. Über den Trick mit den Gattern hat man ein Quasi-Rauschsignal mit billigen, rein digitalen Bauteilen erzeugen können und musste nur einen AD-Wandler aufbauen.
Heute hat es ansich seine Bedeutung verlohren weil man es ja per Software erzeugt und dann über den Wandler der Soundkarte ausgibt.

Damit ist auch die Frage beantwortet, womit es möglichst perfekt abgespielt werden kann.

Übliche Messprogramme lassen sich bezüglich der Anregung einstellen: Swep, MLS, Rauschen ......

[Messfreak]

Hallo zusammen,


ein seltsamer Zufall, dass dieses Thema gerade jetzt hier behandelt wird.
Seit einigen Wochen "experimentiere" ich mit einer Funkenschallquelle.
Das Wesentliche zum Verfahren ist oben ja schon gesagt, nur noch dies:

Klar, ein Dirac-Impuls regt alle Frequenzen mit gleicher Amplitude an.
Diese Amplitude ist bei der Funkenschallquelle aber NICHT bekannt und
außerdem streut sie von Knall zu Knall ganz merklich. Die Empfindlichkeit
des Mikrofones lässt sich so nicht bestimmen.

Verlockend ist dagegen diese einmalige (!) Eigenschaft von Knallfunken:
Man kann den AKUSTISCHEN Frequenzgang eines (Kugel-) Mikrofones
direkt messen (OHNE irgendein Referenzmikro !) - natürlich immer nur
inklusive der gesamten "Elektronik-Kette".

Da der Crest-Faktor eines Dirac-Impulses abenteuerlich hoch ist, gelingt
das nur "im oberen" Frequenzbereich. Genau dort will man ein Mikrofon
allerdings meistens auch überprüfen, denn Kondensator-Messmikrofone
und auch Elektretmikrofone haben "weiter unten" nahezu keine Probleme.
(Den Frequenzbereich unterhalb einiger 100 Hz, kann man mit einer kleinen
Druckkammer überprüfen; das geht recht genau.)

Der Signal-Rausch-Abstand wird auch aus einem anderen Grund etwas
zum Problem: Mikro, Kabel, Vorverstärker, Soundkarte etc. befinden sich
"recht dicht an einem Blitz". Ich hatte anfangs einigen Ärger mit nicht
genügend geschirmten Kabeln etc., wodurch sich die Knallfunken auch
direkt (rein elektrisch) in der Auswertung bemerkbar machen wollten.

Die ersten Frequenzgang-Messungen an Selbstbaumikros, die ich aus
Elektretkapseln aufgebaut hatte, waren allerdings recht ernüchternd:
Alle Mikros hatten Überhöhungen um 4...9 dB im Bereich 10...20 kHz.
So große Abweichungen hatte ich nicht erwartet. Aber andere haben
dergleichen (mit anderen Messverfahren) ja auch schon festgestellt ;-) .


Gruß
Messfreak



P.S.
Zum Thema MLS finden sich im ARTA Manual 1.6.1
auf den Seiten 67 und 68 einige lesenswerte Dinge,
insbesondere der Absatz "The biggest problem ..." .

[pico]

Hi,

ein Grund für die Popularität von MLS-basierten Messystemen war auch, dass zur Analyse der Antwort keine rechenintensive FFT gemacht werden musste (bei der z.B. andauernd an sich schon rechenintensive Sinus- und Cosinusfunktionen berechnet werden müssen) sondern nur eine viel einfacher durchzuführende Autokorrelationsanalyse (hier muss nur multipliziert und addiert werden und das auch noch wesentlich weniger oft).

MLS ist aus der Not geboren (keine ausreichende Rechenkapazität für eine FFT, benötigt keine teure D/A-Wandler etc.). Heute ist das alles so was von kein Thema mehr, dass auch MLS kein Thema mehr sein sollte. ALLES was MLS kann kann man auch anders machen - da muss man sich mit den prinzipiellen Nachteilen von MLS-Signalen nicht mehr rumschlagen. Die spektrale Verteilung entspricht weissem Rauschen. Damit kriegt in einer 3-Wege-Box mit Trennfrequenzen 200 und 200 Hz der Hchtöner 90% der Energie ab (und brennt ab) und der Bass nur 1 % (und rührt sich kaum). Das Hintergrundgeräusch steigt aber zu tiefen Frequenzen hin an und Musik hat eher ein dunkelrosa Spektrum.

MLS gehört meiner Meinung nach auf den Sperrmüll der Audio-Technik!

[john7]

Hi pico,

ich glaube nicht dass bei einer Messung, die vielleicht sogar nur Sekundenbruchteile dauert, irgendetwas abbrennt.
Aber danke für die Meinung zu MLS; wieder was dazu gelernt.

[hreith]

Hi john7,

wenn dich nur der Berech >5kHz interessiert, dann ist das mit den Sekundenbruchteilen ja ok. Wenn du aber auch eine Aussage bei 20Hz erhalten willst, dann wirds knapp. Gerade wenn das Anregungssignal eine ungünstige Energieverteilung und darurch einen schlechten Störabstand hat. Du musst dann zum Ausgleich x-fach mitteln und dann ist eine Sekunde sehr, sehr schnell vorbei.
Wesentlich geschickter ist es, eine passende Anregung zu benutzen die von sich aus schon einen möglichst hohen Störabstand mitbringt.

Picos Aussage ist schon soweit ok und zeigt die Grenzen von MLS gut auf. Wenn es keinen driftigen Grund gibt MLS zu benutzen, dann sollte man lieber etwas anderes benutzen.

[john7]

Um hier abschließen zu können möchte ich noch einmal auf meine ursprüngliche Frage zurückkommen:
Gibt es jemanden der zum Kalibrationsergebnis eine Impulsdatei oder zb. direkt die sine sweep Aufname (aus der sich die Impulsantwort berechnen lässt) mitliefert bzw. zur Verfügung stellt?

[pico]

Hi john7,

ich denke die Antwort ist nein weil es wenig Sinn macht. Bei einer ordentlichen Kalibrierung sollte der bekannte Fehler des Referenzmikros ebenso kompensiert werden wie der Frequenzgangfehler des Mikrofonvorverstärkers etc.

Merke: messen heißt vergleichen!

Das lässt sich alles viel, viel leichter im Frequenzbereich machen (wo man nebenbei auch noch schön glätten kann). Wenn Du aus dem sinussweep die Impulsanwort berechnen kannst dann kannst Du auch sicher aus dem Frequenzgang unter Annahme eines Minimalphasensystems die Impulsantwort berechen.

Selbst Tools wie DRC (Digitoal Room Correction) verlangen zur Kompensation des Frequenzgangfehlers des Mikrofons den Frequenzgang.