Raum-Antwort Messen: Mit welchem Signal?

Hi Hermann,

nicht zu viel durcheinander werfen.
Zur Auswertung der Raumakustik braucht man eine Impulsantwort des Raumes, die eine sinnvolle Länge haben muss. Um die Impulsantwort zu messen, gibt es mehrere Möglichkeiten, z.B. die MLS (mein Favorit), oder auch ne Messung mit Sweeps (im Prinzip ne Dual Channel FFT). Die liefern alle die Impulsantwort des Raumes (so mehr oder weniger ne Nadel), die alle relevanten Informationen enthält.
http://www.take-sat.de/texte/chapter11.html
Die Impulsantwort muss dann entsprechend lang sein, um die nötigen Daten zu entnehmen. RT60 wird im übrigen von -5 bis -35dB gemessen, und dann mal zwei genommen (die EDT von 0 bis -10 und dann * 6).

Grüße

Tomy

Hi Hermann,

also ich will mal versuchen, es kurz zu machen:

1. Was für die Raumakustische Auswertung interessant ist, ist die Impulsantwort.
2. Die Impulsantwort kann man auf verschiedene Weisen messen, z.B. mit einer MLS. Die MLS ist ein spezielles Verfahren, bei dem eine bestimmte Sequenz ausgeschickt, und das Resultat dann mit der ausgeschickten Sequenz verwurschtelt wird, so dass die Impulsantwort rauskommt. Bei der MLS Messung braucht man für die Impulsantwort keine FFT, die Länge hängt direkt mit der Länger der MLS Sequenz zusammen. SAT kann da maximal 256k Samples, das sind so ca. 5 Sekunden.
Man kann auch eine dual FFT Messung machen, da vergleicht man ein beliebiges Signal, dass man rausschickt mit dem was zurückkommt. Aus dem Resultat kann man dann auch die Impulsantwort berechnen. Interessant hier ist, dass das Messsignal gewisse Eigenschaften haben sollte, z.B. Energie in allen Frequenzbereichen etc. Ein schlauer Mensch hat ausgeführt, das ein Sweep hier recht gut geeignet ist.
3. Eine FFT braucht man, um aus der Impulsantwort den Frequenzgang für die Amplitude und Phase zu berechnen.
4. SATlive ist (noch) nicht für Raumakustische Messungen gedacht, daher ist das mit den Akustiktool schon okay. Mein Favorit ist ja immer noch praxis (http://www.libinst.com). Im übrigen kann man in SATlive auch die Impulsantwort exportieren und in praxis auswerten.
5. Die Parameter für die Zeiten (RT60) etc. entimmt man dem sogenannten Schroeder Plot, das ist eine rückwärtsintegrierte Energiekurve der Impulsantwort. Durch die Integration ist die stetig und glatt.
6. Was willst du denn genau messen? Für STI gibt es z.B. eine gute Freeware.

Tomy

Zitat von "hermste"

?
Wieso nur von -5 bis -35dB? Was ist ein(e) EDT?
Hermann

Hi,

von -5 bis -35dB deshalb, weil man immer Störungen durch externen Lärm o.ä. hat, und daher die -60dB oft nicht oder nur zu spät erreicht werden.
EDT heisst Early Decay Time, d.h. die Zeit mit der der Direktschall am Anfang abfällt. Falls du des Englischen mächtig bist, kann ich dir mal einen interessanten Artikel zu dem Thema mailen.

Tomy

Zitat von "hermste"

Hi Tomy!

Ob ich zur Analyse nun FFT-Funktion mit 2D-Darstellung oder Wasserfall-Diagramm verwende hat wohl technisch betrachtet keinen Unterschied zur Folge, oder?

Grüße,
Hermann!

Also technisch gesehen stecken in beiden die gleichen Informationen. Beim Wasserfall sieht man die Resonanzen evtl. auf den ersten Blick etwas besser. Die Information über die Problemstellen kriegt man aber z.B. auch, wenn man aus der Impulsantwort einen Bereich hinter dem eigentlich Impuls 'ausschneidet' (der Fachmann sagt dazu Fensterung), und sich den mal mit einer FFT betrachtet. Da sieht man auch recht deutlich, wo z.B. nach 50ms noch Energie rumschwirrt.

Viel Erfolg

Tomy
'

[quote="TomyN"]Hi,

nicht zu viel durcheinander werfen.

Genau:

Um die Impulsantwort zu messen, gibt es mehrere Möglichkeiten, z.B. die MLS (mein Favorit), oder auch ne Messung mit Sweeps (im Prinzip ne Dual Channel FFT).

Bei der Dual Channel FFT wird im allgemeinen mit einem nicht deterministischen Signal (Rauschen aus Analoggenerator oder dem Programmmaterial selber) gemessen. Da die einzelnen der FFT zugeführten Signalausschnitte stets bei einigen Frequenzen kein ausreichendes S/N aufweisen, muss über viele Zyklen gemittelt werden. Deswegen dauert's auch so tierisch lange, bis man bei 2-Kanalanalyse à la Smaart ein einigermaßen stabiles Resultat auf dem Schirm hat.

Einen Sweep kann man heutzutage bequem im Rechner erzeugen, er stellt deshalb ein deterministisches (= von vornherein festgelegtes) Signal dar und deshalb braucht man weder den zweiten Kanal noch Mittlungen und auch keine Vorläufe wie bei MLS!

Im Vergleich zu den outdated MLS haben Messungen mit Sweeps außerdem die Eigenschaft, wesentlich weniger empfindlich auf Zeitvarianzen (Windstöße usw) zu reagieren, außerdem kann man die Artefakate aus nichtlinearen Verzerrungen vollständig aus der IR entfernen, was ein unschätzbarer Vorteil ist, wenn man wirklich IRs mit hohem S/N erzielen will.
Bei Messungen mit Sweeps wird das S/N praktisch nur noch vom Noisefloor bestimmt, während man bei MLS sorgfältig einpegeln muss, da ab einer bestimmten, bisweilen noch recht moderaten Lautstärke die Verzerrungsprodukte in der IR überwiegen und das S/N Verhältnis wieder verschlechtern.
Bei Messungen draussen oder über (datenkomprimierende) Funkstrecken
versagt MLS häufig ganz.

Deshalb sind meine Anregunssignalfavouriten die Sweeps, nicht die MLS!

Als denn, weiterhin fröhliches rauschen oder sweepen.

Ich kann mich meinem Vorredner nur anschliessen.
Die grosse Bluetezeit von MLS ist eigentlich vorbei,
obwohl die meisten noch ganz andere (altertuemliche) Verfahren einsetzen.
Aus meiner Sicht sind die Chirp-Messungen wie die auch heissen
interessanter. Man kann z.B. die Signalenergie in einen bestimmtne Bereich legen etc.

Diese Messungen bieten wir neben der MLS auch an

docjordan
http://www.dr-jordan-design.de

Zitat

Die Information über die Problemstellen kriegt man aber z.B. auch, wenn man aus der Impulsantwort einen Bereich hinter dem eigentlich Impuls 'ausschneidet' (der Fachmann sagt dazu Fensterung), und sich den mal mit einer FFT betrachtet.

Wie sieht denn die Berechnung des 'ausschneidens' aus? Ich habe als Ausgang meinen Vektor der Länge N mit den Werten der Impulsantwort. Wenn ich jetzt einen Bereich von/bisuntersuchen möchte, setze ich jetzt die entsprechenden ersten x und letzten y Wert auf Null und berechne dann die FFT auf dem gesamten Vektor? Genauso beim Wasserfall: wird da inkrementell eine Anzahl von Werten zu Beginn auf Null gesetzt und in jedem Schritt die FFT berechnet?

Hallo,

also bei der Fensterung wird der ausgeblendete Bereich mit Nullen gefüllt, und eventuell der 'sichtbare' Bereich noch mit einer Fensterfunktion multipliziert, damit die 'Schnittkanten' nicht zu scharf werden, um Artefakte zu erzeugen.
Beim Wasserfall werden verschiedene FFTs mit unterschiedlichen Fenstern berechnet, wobei der Endpunkt des Fensters konstant bleibt, wogegen der Anfangspunkt entsprechend verschoben wird. Daher kommt auch der charakteristische Anstieg der untereren Grenzfrequenz im Wasserfall.

Tomy

Zitat

...und eventuell der 'sichtbare' Bereich noch mit einer Fensterfunktion multipliziert, damit die 'Schnittkanten' nicht zu scharf werden, um Artefakte zu erzeugen

Hmmm, die Fensterfunktion ist das was mir unklar ist. Wenn ich von einer Impulsantwort der Länge 2^18 ausgehe (gewonnen aus einer Anregung per MLS ebendiesen Grades und 44,1 kHz) und ich dann zum Beispiel im ungefähren 10ms Raster die Vektorelemente Null setze, dann wird zur Glättung der 'Schnittkante' ja wohl keine Fensterfunktion ala Hamming/Hanning/etc. eingesetzt --- oder?! Die Unstetigkeit ist ja nur auf einer Seite und die Koeffizentenanzahl scheint doch sehr unhandlich... Oder werden doch diese Standardfenster als Ausgang genommen und Funktion für den Bereich > 0 durch den konstanten Faktor 1 ersetzt?

Hi,

wenn du einen Ergebnis Vektor mit 2^18 Elementen hast, dann entspricht jeder Wert einem Sample der Impulsantwort zu einem bestimmten Zeitpunkt (diesen Zeitpunkt kann man relativ zum Anfang des Vektors (hier kommt m.E. der Vektorbegriff etwas ins 'Wanken', ich sehe das mehr als 'Stream' oder Zahlenfolge) duch t = n/Samplerate [s] ausdrücken, wobei n (0..N-1) die Position des Elements im Vektor ist).
Nun interessiert einen nur ein bestimmter Bereich der Impulsantwort. Dazu werde alle Elemente ausserhalb des Zeitbereiches auf 0 gesetzt. Nun wird eine FFT durchgeführt, wobei diese nur die interessierenden Elemente (sowie soviele Nullelemente um die FFT Eingangsdaten komplett zu füllen) als Eingangssignal enthält. Dadurch kann die FFT Größe deutlich kleiner sein als die Länge des MLS Signals.
Wenn die Grundbedingungen für eine korrekte Messung erfüllt sind (MLS Zeit > RT60 und S/N groß), so wird die Fensterung sinnvollerweise nur auf die rechte Fensterhälfte (HalbFenster) eingesetzt, da sonst je nach Lage und Form der eigentliche Impuls verfälscht werden würde.
Anders stellt sich die Situation dar, wenn man z.B. nur den Nachhallbereich ohne den Eigentlichen Impuls betrachten möchte, hier hat man ja auf beiden Seiten Unstetigkeiten. Die Fensterfunktion wird immer auf den interessierenden Bereich angewand (wobei ja das oben erwähnte 'Auffüllen des uninteressanten Bereichs mit Nullen bereits eine Rechteckfensterung darstellt.)

Tomy

Zitat von "Dark Spark"

...
Einen Sweep kann man heutzutage bequem im Rechner erzeugen, er stellt deshalb ein deterministisches (= von vornherein festgelegtes) Signal dar und deshalb braucht man weder den zweiten Kanal noch Mittlungen und auch keine Vorläufe wie bei MLS!

Im Vergleich zu den outdated MLS haben Messungen mit Sweeps außerdem die Eigenschaft, wesentlich weniger empfindlich auf Zeitvarianzen (Windstöße usw) zu reagieren, ...

... was meinst Du denn mit "Vorläufen" ?

Ich messe übrigens seit über 10 Jahren mit MLS und kenne aus meiner beruflichen Praxis auch mehrere andere Verfahren (auch noch mit Wobbeln ... :wink: ), die - wenn man die Grenzen und individuellen Eigenschaften eines Meßverfahrens berücksichtigt - auch aussagekräftige Ergebnisse liefern.

Messungen mit MLS-Signalen haben (durch die Determiniertheit des Anregungsssignals) den Vorteil, daß man schon mit einer Messung recht hohe Störabstände erzielt.
Auch das häufig angeführte (Gegen-) Argument über die Energieverteilung ist in der Praxis kein Problem, da mit einer ausreichenden Länge und ggf. einer Begrenzung der Bandbreite wirklich extreme Auflösungen im Frequenzbereich (und das auch bei tiefen Frequenzen) möglich sind.

Nicht selten finde ich mit meinem Meßequipment (MLSSA) bei LS-Systemen "Zinken" im Übertragungsverhalten, die bei einer Sweepmessung - auch mit neueren Meßsystemen - nicht festgestellt bzw. bemerkt wurden.

Wie genau nun preiswerte MLS-Systeme in der Praxis messen, kann ich - zumindest aus eigener Erfahrung - nicht abschließend bewerten, weil ich seit über 10 Jahren - übrigens immer noch 100 % zufrieden - mit einem MLSSA und qualitativ "dazu passendem" Equipment (sehr rauscharme Mikrofonverstärker, "ordentliche" Mikrofone - darunter ein Klasse-0-Messmikrofon ...) - messe.

Eine generelle Aussage über Sweeps und MLS halte ich daher für etwas heikel. Es kommt immer darauf an, was ich messe und in welcher "Liga" das jeweilige Meßsystem sich bewegt.

Ein (!) wirklich echter Nachteil bei MLS können Messungen an digitalen Systemen sein. Bei einigen Geräten mißt man ggf. einen abfallenden Frequenzgang, der bei einer Sweepmessung so nicht zu beobachten ist.

Die Sweepmessungen bei Lautsprechern, die ich in den letzten Jahren von (mir bekannten ...) LS-Systemen gesehen habe, haben mich jedenfalls nicht gerade umgehauen. Hier favorisiere ich weiterhin MLS-Messungen.

Viele Grüsse

Ich dachte bei einer Anregung durch MLS habe ich gerade _kein_ Problem mit der Synchronisierung. Also 'einfach' n MLS des gewählten Types kontinuierlich hintereinander abstrahlen und dann zu einem beliebigen Zeitpunkt die Aufnahme des Signals starten. Einzig die Aufnahmelänge muß so bemessen sein, daß mindestens eine vollständige MLS aufgezeichnet wurde. Das Sample jetzt mit der MLS korrelieren und fertig ist die Impulsantwort... oder doch nicht?

Verbessert sich eigentlich der Störabstand wenn ich m Meßdurchgänge mache und die jeweils errechneten Impulsantworten zusammen bzw. deren Mittelwert als Grundlage für die weiteren Betrachtungen verwende?

Zitat

Verbessert sich eigentlich der Störabstand wenn ich m Meßdurchgänge mache und die jeweils errechneten Impulsantworten zusammen bzw. deren Mittelwert als Grundlage für die weiteren Betrachtungen verwende?

Logisch, das Messignal ist ja stets das gleiche, es addiert sich also direkt. Das Störsignal ist aber bei jedem Messdurchlauf etwas "unterschiedlich" (es ist nicht "kohärent") und wird somit nicht wesentlich größer.

Zitat von "ThomasK"

Ich dachte bei einer Anregung durch MLS habe ich gerade _kein_ Problem mit der Synchronisierung. Also 'einfach' n MLS des gewählten Types kontinuierlich hintereinander abstrahlen und dann zu einem beliebigen Zeitpunkt die Aufnahme des Signals starten. Einzig die Aufnahmelänge muß so bemessen sein, daß mindestens eine vollständige MLS aufgezeichnet wurde. Das Sample jetzt mit der MLS korrelieren und fertig ist die Impulsantwort... oder doch nicht?...

Beispiel:
Wenn ich eine MLS-Sequenz aufzeichne und digitalisiere (z.B. mit DAT-Recorder) und die Aufnahme dann über ein anderes Gerät - z.B. eine "preiswerte" Soundkarte oder einen "sehr preiswerten" CD-Player - wieder als Analogsignal ausgebe, kann es durch Schwankungen in der Samplingrate zu Problemen kommen.
Mit vernünftigen Geräte geht es dagegen sehr gut - ich messe auf diese Weise mit CD-Player, Meßverstärker und DAT-Recorder Impulsantworten in Räumen (... ohne daß unbedingt ein MLSSA-System dabei sein muß).

Mit statistischem Rauschen tritt dieser Effekt übrigens nicht auf - wobei hier dann aber der Störabstand erheblich schlechter ist.

Viele Grüsse sendet

Soundklink hat völlig recht.
ist das MLS-Signal asynchron, da mit 2 verschiedenen Geräten aufgenommen, kommt es zu einem Abfall im Hochtonbereich.
Je länger die MLS sequenz desto stärker ist dieser Effekt.
Das ist der Grund warum in WinAudioMLS eine Sample Rate conversion enthalten ist, damit kann man z.B. mit 44100.7351 Hz abtasten,
obwohl die Soundkarte eigentlich das natuerlich nicht kann.
Ingesamt kann man damit asynchrone Quellen synchronisieren.
In unsere Doku sind hierfür auch Beipiele.
Bei klasschischen messungen mit weissem Rauschen tritt diese Problem nicht auf, da hier im allgemeinen inkohärent gemessen wird.

docjordan
http://www.dr-jordan-design.de

Hi,

das kann man so machen, man verliert dabei halt die 'absolute' Zeitbasis, d.h. man kann keine Schalllaufzeiten messen.
Mitteln kann man vor der MLS oder danach, nach meiner Erfahrung bringt aber eine längere MLS mehr als Mittelungen.

Tomy, dem dieser Thread Spass macht.

Synchronisierung:
Meistens sind das MLS Sende und Empfangsgerät identisch,
d.h. insbesondere der Clock sind identisch. hier treten die Probleme nicht auf. Ist das nicht der Fall gibt es den Höhenabfall.
Die meisten Systeme helfen sich dadurch, indem sie auf Kanal 2 gleichzeitig, eine Referenzmessung machen und hier annehmen der Frequenzgang wäre ideal.
Dadurch wird der Höhenabfall teilweise korrigiert.
100% korrekt ist das nicht, da das bei der z.B. Messung der Impulsantort nicht klappt.
Richtig wird das ganze durch die Synchronsierung mit der Sample Rate conversion wie ich oben beschrieben hatte.
Ein typischer Fall ist, wenn jemand MLS sequenzen auf eine CD gebrannt hat, diese abspielt und das Signal mit einer Soundkarte aufnimmt.
Die Quarzungenauigkeiten machen dann der MLS messung ohne synchronisierung den Garaus.
Im übrigen hilf amtliches, hochwertiges Equipment nicht viel, da die normalerweise keine besseren Quarze oer gar Quarzöfen verwenden.
Und so 50ppm Abweichung spielen bei Audio keine Rolle, bei der MLS merkt man das aber schon sehr deutlich.

Schalllaufzeiten:
auch mit synchronisierung=Sample Rate conversion kann man Schalllaufzeiten messen. Die Korrektur findet meist in einem engen Bereich um die Abtastrate statt, dadurch wird die Zeitmessung nur unwesentlich beeinflusst. Durch die Sasmple raten Umsetzung ist das Timing iim MLS Generator und Empfänger dann identisch. Ausserdem will ich nicht timing Abweichung im MLS- Generator messen sondern Schalllaufzeiten, die liegen mehr als eine Größenordnung über der Abweichung durch die Quarze.
Etwas anders liegt es wenn man mit einem Kassettenrekorder MLS abspielt, aber das macht sowieso kein Sinn....

docjordan
http://www.dr-jordan-design.de