Neues zum Thema Freifeldmessung von Lautsprechern in Raeumen

[markus7]

https://app.box.com/s/fefis558wna1d6pd07r3 (Englisch)

[Violoncello]

Ich will das Paper nicht schlechtreden, da steckt sicher ein gewisses Know-How und einiges an Arbeit dahinter. Aber an so manchen Details merkt man gewisse Ungenauigkeiten und auch leider ein paar ganz einfach falsche Punkte.

Abgesehen davon ist die Methode nicht unbedingt neu. Die Bafflestep-Korrektur bei Nahfeldmessungen wird schon lange durchgeführt, für Standard-Fälle bringt ARTA dafür bereits ein Tool mit.

Wo das Paper recht hat: Gefügte Nah-Fernfeldmessungen können bei sorgfältiger Durchführung und passenden Bedingungen recht nahe an echte Freifeldmessungen herankommen. Ein wenig kritsche Vorsicht ist jedoch immer geboten.

[markus7]

Aber an so manchen Details merkt man gewisse Ungenauigkeiten und auch leider ein paar ganz einfach falsche Punkte.

Koenntest Du die kurz nennen?

[Violoncello]

Zwei Beispiele die mir besonders in Erinnerung geblieben sind:

if needed raise the test volume (SPL) a little – I like it around 85db – and this helps to make the first arrival from the loudspeaker more dominant over the room modes to a lower frequency

Eine Erhöhung der Messlautstärke bringt natürlich KEINE höhere Pegeldifferenz zu den Raumreflexionen, wir sind ja schließlich weitgehend linear unterwegs.

The most effective measurement method is to use an Impulse Response, and because of this, nearly every measurement system will use it (or a very short Sin sweep similar to it). The Impulse Response is a loudspeaker’s response to a sharp, narrow, short pulse that contains a uniform distribution of all frequencies in the audio band. Due to its length of time, which is only a few milliseconds in duration, it is less likely to excite room modes and reflections than using longer term signals like Pink Noise or Warble tones.

Dieser Absatz ist in seiner Gesamtheit einfach nicht so ganz richtig.
Die Impulsantwort ist im Allgemeinen keine Messmethode, sondern das Endprodukt einer Messung. Kein Mensch misst einen Lautsprecher tatsächlich mit einem Dirac, da man so viel zu wenig Energie ins System bekommt (->SNR). Auch ist ein idealer Impuls nicht "only a few milliseconds", sondern unendlich kurz.
Trotzdem enthält so ein Puls alle Frequenzen und regt dementsprechend auch alle Raummoden genauso an wie ein Rauschen oder ein Sweep - nur dass die beiden letztgenannten insgesamt wesentlich mehr Energie ins System bekommen und somit einen wesentlich höheren Rauschabstand erreichen.

Wie gesagt, ich will das Paper auch gar nicht schlecht machen, und vieles was da drin steht ist ja auch vollkommen richtig. Nur muss man in den Details teilweise etwas genauer hinschauen.

[Peter K]

Hallo,
die "Unklarheiten" würden mich auch interessieren, bei schnellen Querlesen ist mir eigentlich nichts aufgefallen.

Das Verfahren selbst ist sooo neu nicht, die Bafflestepkorrektur und das Toool zum Zusammenfügen der Messungen ist nicht uninteressant.

Mein Problem ist, ich kann hier in der Scheune 360 Grad bis ca 100 hz (+-15 Hz je nach Box) reflexionsfrei messen. Die bafflestepkorrigierte Nahfeldmessung geht aber wohl nur für die 0-Grad-Achse, für die anderen Winkel nutzt mir die Methode nichts.

Und: mit der Verwendung der Minimalphase stehe ich auf Kriegsfuß, da die a)aus dem Frequenzverlauf berechnet wird und b) für Weichenentwicklung noch der SEO benötigt wird.
Da nehme ich lieber die um die Messentfernung korrigierte reale Phase, da ist der SEO-Versatz im Phasenverlauf schon beinhaltet.

Und: einen Mehrweger relativ nah mit einer Mikrofonposition zu messen ergibt keine Messungen, mit denen man eine saubere Frequenzweichenentwicklung für Hörentfernung z.B. 3 m hinbekommt.

Habe mal hier:
http://www.diy-hifi-forum.eu/forum/s...88&postcount=1
was dazu geschrieben.

Gruß
Peter Krips

[Fosti]

Naja, der Dirac-Impuls ist ein rein mathematisches Konstrukt und taugt im realen Leben nix. Einen "Impuls" für eine ordentliche Akustikmessung hinzubekommen ist gar nicht so schlimm: Die einzige Bedingung ist, dass die Impulslänge wesentlich kürzer sein muss, als die kürzeste Wellenlänge (also höchste Frequenz) welche man messen möchte (und die ist im Vergleich zur HF-Technik, wo Impulsmessungen ebenfalls zum Standard gehören unwahrscheinlich lang....nicht umsonst reden die HF-ler wenn es um NF geht gerne von "technischem Gleichstrom" ). Lediglich die Impulsfläche muss noch bekannt sein. Die Impulsform ist dabei völlig egal: Rechteck, Sägezahn, Sinushalbwelle oder ein beliebiges Gebirgsprofil).

Und so ein Impuls muss für eine obere Messfrequenz von sagen wir 20 kHz immerhin so kurz sein, dass wir die ersten Reflektionen in der Impulsantwort sehen können. Das bietet ja gerade erst die Möglichkeit zum Fenstern! Mit einem Rauschsignal ist das m.M.n. nicht möglich.

[Violoncello]

@ Fosti: (wenn wir schon genau sein wollen )
Man muss unterscheiden zwischen der Definition der Impulsantwort und der praktischen Gewinnung der Impulsantwort.

Die Definition der Impulsantwort ist: Die Antwort eines Systems auf einen Dirac-Impuls, d.h. ein unendlich kurzer, unendlich hoher Impuls mit der Energie 1. Wers genauer wissen will:
http://de.wikipedia.org/wiki/Impulsantwort
http://de.wikipedia.org/wiki/Delta-Distribution

Nur ist die Bestimmung einer Impulsantwort anhand der Definition unpraktikabel: Nicht weil man einen Dirac-Impuls nicht ausreichend genau annähern könnte. Wie du richtig sagst muss er weder unendlich hoch noch unendlich kurz sein, um für unsere Zwecke "gut genug" zu sein. In so einem kurzen Puls bringt man allerdings ziemlich wenig Energie unter. Und viel Energie ist die Vorraussetzung für einen guten SNR.

Um viel Energie in eine Messung zu bekommen, verwendet man daher meist länger dauernde Signale wie z.B. Gaußsches Rauschen, Pseudo-Rauschen (MLS) oder Sweeps. So ein Messsignal muss eigentlich nur 2 Bedingungen erfüllen:
-Genug Energie im gesamten zu messenden Frequenzbereich
-Autokorrelation ist ein Dirac-Puls

Letzteres bedeutet anschaulich: Das Signal ist an keiner Stelle zu sich selbst ähnlich. D.h. insbesondere dass im Vergleich zum Direktschall verzögerte Reflexionen erkannt und zeitlich richtig eingeordnet werden können. Mathematisch passiert das über die Kreuzkorrelation. So ist es aber dann möglich, anhand einer länger anhaltenden Rauschanregung eine Impulsantwort zu erhalten, ohne dass jemals ein Impuls über das System gespielt werden muss.

[Fosti]

Vio,

du hängst zu sehr an der Theorie. Du könntest die Impulsantwort eines realen Lautsprechers einmal mit einem idealen Dirac_Impuls von einer zweiten gemessen mit einem, der meine Kriterien erfüllt und beide denselben Energieinhalt haben nicht voneinander unterscheiden!

[Violoncello]

Vollkommen korrekt! Aber warum würde ich die Impulsantwort eines Lautsprechers ausgerechnet mit einem mehr oder weniger idealen Dirac-Puls messen wollen? Das klingt jetzt vlt. nach einem Scherz, ist aber eine absolut ernste Frage.

Aber ich will hier auch keine längere Diskussion anzetteln, ich hab eigentlich auch nur so ausführlich geantwortet, weil das vom Thema recht gut zu einer Klausur passt die ich heute schreibe und das sozusagen als kleine Wiederholung genutzt. Bevor ich noch mehr Verwirrung stifte, bin ich aber glaub ich lieber still .

[markus7]

A propos Swept Sine: Wie bewertet man die Ergebnisse bzgl. Grundrauschen?
Beim Impuls ist das wohl noch recht einfach zu bewerkstelligen, denn man sieht wann er im Grundrauschen versinkt. Doch kann auch der Anteil des Grundrauschens im Amplitudenspektrum nach der FFT berechnet werden?

[Violoncello]

Das Ergebnis einer Sweep-Messung (nach Kreuzkorrelation oder Faltung mit der Inversen) ist ja zunächst auch mal eine Impulsantwort... Erst nach der Fourier-Transformation wird daraus dann ein Spektrum.

[markus7]

^
Hatte ich das nicht implizit gesagt?

[Violoncello]

Wenn dir das eh klar ist, dann versteh ich aber deine Frage nicht ganz? Im Zeitbereich hat man ja, wie du eh korrekt schreibst, keine Probleme das Grundrauschen zu bestimmen.

Im Frequenzbereich wirst du dich bei breitbandiger Anregung, gelinde gesagt, schwertun das Rauschen vom Nutzsignal zu trennen.

[markus7]

^
Hintergrund der Frage: Das Grundrauschen in Raeumen ist oftmals recht hoch, vor allem zu tiefen Frequenzen hin. 2 hintereinander am selben Ort durchgefuehrte Messungen fuehren oftmals zu recht unterschiedlichen Amplitudengaengen tiefer und tiefster Frequenzen. Klarer Einfluss des Grundrauschens. Anderes Beispiel: Wasserfälle. Wie tief kann man blicken ohne vom Grundrauschen getaeuscht zu werden?

Die Frage neu formuliert: Gibt es eine rechnerische Moeglichkeit das Grundrauschen in einem Rutsch mit der IR-Berechnung aus dem aufgenommenen Testsignal zu gewinnen und sichtbar zu machen oder ist eine separate Messung z.B. mit RTA besser/noetig?

[ropf]

Die Frage neu formuliert: Gibt es eine rechnerische Moeglichkeit das Grundrauschen in einem Rutsch mit der IR-Berechnung aus dem aufgenommenen Testsignal zu gewinnen und sichtbar zu machen oder ist eine separate Messung z.B. mit RTA besser/noetig?

Dazu bräuchtest du nur das Originalsignal mit der Impulsantwort falten und das Ergebnis vom gemessenen Signal subtrahieren - übrig bleibt das Grundgeräusch bzw Rauschen. Was natürlich Blödsinn ist, da die ermittelten Impulsantwort ja gerade durch das Rauschen fehlerbehaftet ist ...

Der eigentliche Trick hinter den verschiedenen Verfahren zur Gewinnung der Impulsantwort ist, die invarianten Bestandteile des gemessenen Signals aufzusummieren, während sich die zufälligen (Rauschen) wegmitteln. Das Wegmitteln funktioniert umso besser bzw. der Signal-Rauschabstand wird umso höher, je länger der Messzeitraum gewählt wird - gemessen in Periodendauern des betrachteten Signals - und bei tieftsten Frequenzen ist das seeehr lange.

Wenn es also um tiefe und tiefste Frequenzen geht, brauchst du eine sehr große Messdauer. Mit den FFT basierenden Verfahren explodiert damit die Rechenzeit. Dem könnte man mit Tiefpassfilterung und Downsampling vor der FFT begegnen ... theoretisch.

Praktisch hilft es, den interessierenden Frequenzbereich nach oben und unten soweit wie möglich einzugrenzen, Messdauer/FFT-Länge so groß wie möglich zu wählen, die Samplerate dagegen so klein wie möglich.

Wenn das nicht reicht, helfen Messverfahren á la MLS, die prinzipbedingt keine Einschränkung der Messdauer haben.

€: Jede Fensterung ist natürlich kontraproduktiv - bei tiefen Frequenzen misst du den Raum IMMER mit.