Jetzt wird es durchaus etwas philosophisch, denn es geht um das Tongemisch, aus dem die Töne, Musiken oder einfach die Audio-"Signale" bestehen.

Die meisten von Ihnen wissen, daß die Musiken, die wir hören, eigentlich nur aus Schwingungen bestehen - also aus einem mehr oder weniger wirren Gemisch aus einer übereinander gehäuften Menge von einzelnen Tönen.

Mit etwas Technik kann man die einzelnen Töne sogar aufschlüsseln. Und das mit den einzelnen Tönen ist für uns Techniker wichtig. Wir wollen nämlich reproduzierbar feststellen, wie gut (oder schlecht) ist jede einzelne Komponente unserer Übertragungs-Komponenten in der Wiedergabekette unserer Hifi-Anlage.
.

Dieser Ton schwingt mit 1.000 "Hertz", also 1.000 mal pro Sekunde hin und her. Die frühen Experten haben diesen 1.000 Hertz Ton gewählt, weil er in der damaligen Mitte des (damals) überhaupt übertragbaren Frequenzbereiches von 80 bis 5.000 Hz lag. So wurde die 1.000 Hz Frequenz die Referenz für viele viele Messungen.

Den 1000 Hz Ton kann man (also wirklich jedes Lebewesen) sehr gut hören und man kann vor allem hören, ob der Ton "rein" und "sauber" ist. Das hat fast nichts mit einem bestimmten Waschmittel zu tun, sondern es geht um die akustische Klarheit eines einzelnen Tones.
.

Gleichzeitig mit dem Hören kann man diesen einzelnen Ton auch sehr sauber und gut als grüne Linie bzw. Schwingung auf einer sogenannten Braunschen Röhre optisch darstellen. Wir nennen dieses Gerät ein "Oszilloscope".

Die dort dargestellte hellgrüne Kurve ist sehr schön harmonisch gleichmässig geschwungen und geht wunderschön rauf und runter und wieder rauf und dann wieder runter. - Diese Art der Kurve (oder -Schwingung ) wird als Sinus-Kurve (oder -Schwingung ) bezeichnet.
.

Höre ich den gleichen Ton, den ich auch auf dem Oszilloscope sehe, fällt beim Vergleichen etwas auf. Ist der gehörte Ton auch nur leicht verzerrt oder verändert, höre ich das sofort. Doch die Kurve auf dem Oszilloscope sieht immer noch wunderschön gleichmässig aus. Erst wenn der Techniker den Ton gehörig verzerrt, dann sehe ich auch auf dem Oszilloscope, wie sich die Kurve verändert. Das Ohr hat das aber schon viel früher wahrgenommen.

Das bedeutet aber, zum kompetenten Messen brauche ich einen absolut sauberen Ton, der wirklich unverzerrt ist - und dazu auch mein Gehör.
.

Bevor ich also an das Erzeugen solch eines reinen Tones gehe, muß ich mir die Meß-Methoden ansehen. Vor 40 Jahren zu meinen Studienzeiten war das Messen solcher akustisch elektrischen Verunreinigungen sehr aufwendig und auch teuer. Erst bei Heathkit in Sprendlingen gab es etwa 1972 ein sogenanntes Klirrfaktormessgerät zu erschwinglichen Preisen - als Bausatz natürlich. Die Edelgeräte von Hewlett & Packard und Rohde & Schwarz waren damals (für mich) unbezahlbar.

Der Grund war eigentlich trivial. Wenn ich die akustisch-elektrischen Verunreinigungen messen möchte, muß ich doch "nur" die eigentliche Messfrequenz entfernen - weg-filtern. In unserem Fall brauche ich doch "nur" ein 1000 Hz Filter, mit dem ich die 1000 Hz gründlich eleminiere. Was dann übrig bleibt, ist die zu messende elektrische Verunreinigung - der Schmutz.

Wenn das mal so einfach wäre. Ich muß nämlich sehr genau "nur" diese 1000 Hz wegfiltern - nicht jedoch 1001 Hz und aufwärts und auch 999 Hz und abwärts. Ich brauche zwei sogenannte extrem "steilflankige" Filter und die waren damals sehr aufwendig und teuer. Denn diese Filter sollten auch noch variabel veränderbar sein, nämlich über die gesamte Audio-Bandbreite von 20 Hz bis 20.000 Hz.
.

Die Prospekt- und Werbe-Qualitäten der Hifi-Gerät- schaften haben sich in den 40 Jahren erheblich geändert.

Es mag ja dahingestellt sein, ob das mit den "0,0001%" Klirrfaktor wirklich alles sinnvoll war und auch noch ist. Die Meßmethoden und Meßgeräte haben sich auch dramatisch verbessert. Der moderne PC sticht alles an Consumer- Meßgeräten von damals aus, und zwar um Dimensionen.

Die Digitaltechnik ermöglicht es, diesen 1000 Hz Ton sauber wegzufiltern und den gesamten Rest an Frequenzen und Signalen sauber aufzusummieren und sogar in Echtzeit als Frequenzspektrum samt der obligatorischen Prozent-Anzeige auf 2 Nachkommastellen genau !!! anzuzeigen und abzuspeichern.

Mit einem entsprechend hochwertigen A/D Wandler (analog/digital Wandler) einer dann nicht mehr ganz billigen Profi-Soundkarte sind es 3 Nachkommastellen oder manchmal sogar 4 Nachkommastellen.
.

Für solch einen Ton-Generator brauchte man (damals) eigentlich nur zwei Transistoren, die man zum "Schwingen" angeregt hatte und dann einfach schwingen ließ.

Nun gut, ganz so trivial war es nicht, die sollten ja mit einem bestimmten Ton, also einer bestimmten Frequenz gleichmäßig schwingen. Das konnte man dann mit einem Schwing-Quarz genauer bestimmen und die Reinheit des Tones war mit dieser Technik auch akzeptabel. Die Frequenz konnte aber nicht stufenlos variiert werden. Bei unserem ELV Gerät FT 7000 ist dafür der Ausgangs-Pegel- Abschwächer erstaunlich präzise abgestuft.

Mit dem Aufkommen der interierten Schaltungen bauten pfiffige Halbleiter- Entwickler das ganze in einen Chip rein und den brauchte man nur mit wenigen externen Bauteilen zu ergänzen und fertig war der einfache Tongenerator.

Noch etwas später nahm man einen Rechteck- oder Sägezahn- Generator als Quelle der Frequenz und wandelte am Ausgang des Chips dieses Recheck-Signal in ein Sinus-Signal um. Die Flexibilität wurde zwar besser, doch die Qualität wurde schlechter.

Die Erfahrung hatte gezeigt, Sinusgeneratoren mit den Chips ICL-8038 (ICL8038) und XR-2206 (XR2206) sind lange (über 20 Jahre) veraltet und mit über 2% Klirrfaktor bei 1000 Hz !!! für uns unbrauchbar.
.

Mit der Digitaltechnik hat sich das alles geändert. Töne, also Frequenzen, werden spielend in Echtzeit erzeugt und digital über einen Chip ausgegeben. Die Bedienung über den Bildschirm mit der Maus ist ein Klacks und die Genauigkeit ist frappierend. Die "Sweep-Geschwindigkeit" sowie die Kennlinie des Sweeps in linear oder logarithmisch ist ein Mausklick. Die eigentliche Qualität des "Tons" wird nur noch durch den Digital-Analog Wandler bestimmt. Und von diesen gibt es inzwischen hervorragende Chips für ganz wenig Geld.

Der für unser Beispiel reine Ton von 1000 Hz ist bis zum Wandler absolut (digital) rein. Ein guter D/A Wandler wandelt diesen Ton mit 0,001% Klirrfaktor um.

Die Programme, mit denen man Töne beliebiger Art und Kombination im PC erzeugen kann, sind in 2015 freeware und von ausserordentlicher Qualität.

Es gehört zum Grundwissen eines Messingenieurs, daß die benutzte Messtechnik insgesamt möglichst Faktor 10 besser sein soll, als die zu messenden Größen. Verlange ich also einen Klirrfaktor- Messbereich von 0,1%, sollte meine Gerätetechnik Sinusschwingungen mit 0,01% Klirrfaktor erzeugen und mein Messgerät bis 0,01% genau messen können. Denn nur damit habe ich wirklich aussagefähige verlässliche Ergebnisse.

Der HAMEG Tongenerator 8037 zum Beispiel kann Sinustöne mit 0,01% Klirrfaktor erzeugen. Andere moderne Geräte wie die recht teuren von Hewlett & Packard können das natürlich auch und wie immer geht es auch noch besser, also bis 0,0001% jeweils für einen erheblich gesteigerten Preis.
.

Zum Einstieg in diese digitale Audio-Meßtechnik fängt man ganz klein an. Das Generator-Programm und das Analysier-Programm werden auf dem PC gestartet und mit der Soundkarte intern softwaremäßig miteinander verbunden (der Fachmann spricht vom internen Konnektieren über den Geräte-Manager).

Außen an den beiden Mini-Klinken-Buchsen "Line out" und "Line in" (aber bitte nicht der Mikrofon-Eingang!!) wird mit einem Stereo-Kabel mit beidseitigen Miniklinkensteckern ein "KURZSCHLUSS" hergestellt. Wir wollen also das soeben generierte Ton-Signal direkt ohne einen Umweg über einen "Probanden" gleich wieder anzeigen und messen.

Damit haben wir einen Einblick, wie unsere Meßapparatur überhaupt funktioniert. Bei vielen PCs mit bestimmten Sound-Chips gibt es Hilfsprogramme, die sogar den analogen Spannungspegel an den "Line out" und "Line in" Buchse in Millivolt anzeigen.
.

Bei einem Tonbandgerät sind solche Messungen wichtig. Man beginnt in der Regel mit dem Pegel-Abgleich der beiden Kanäle mit unserem Beispiel- bzw. Referenz-Ton von 1000 Hz. Alleine dabei werden sie bei 90% aller Magnetbandgeräte Ihr blaues Wunder erleben und den aufkommenden Frust nur mühsam unterdrücken können. Denn unsere moderne digitale Technik hat auch beim Pegel-Vergleich von Eingang und Ausgang eine super präzise Meßgenauigkeit zum (positiven) Erschrecken.

Schalten Sie zuerst auf "Vorband" und erzeugen Sie bei 1000 Hz eine Ausgangsspannung von 200mV und betrachten Sie die Zeiger der beiden Anzeigeinstrumente Ihres Bandgerätes bei justierter Vollaussteurung. Reduzieren Sie jetzt den Pegel am PC auf -20dB und Sie erschrecken, das linke steht auf -14dB, das rechte auf -22dB (das sind meine aktuellen Messungen am UHER SG 561). Jetzt reduzieren Sie auf -40dB und schon haben Sie den Vorschlaghammer in der Hand, nicht nur bei UHER, auch bei den hochwertigen 3-Motoren Geräten von ReVox und SONY und AKAI und TEAC und ASC und bei BRAUN, fast überall. Die Anzeige-Genauigkeit reicht von miserabel bis unbrauchbar.

Da Sie ihr Bandgerät aber "lieben", organisieren Sie sich (vielleicht leihweise) ein SONY DTC55 ES Dat-Recorder und spielen das Ganze Scenarium noch einmal durch.

Vor Schreck erblaßt vergleichen Sie die LCD-Anzeige und stellen fest, am PC -20dB, am SONY -20dB, am PC -40dB, am SONY -40dB, am PC -60dB und am SONY auch -60dB. Also der PC kann es aufs Dezibel genau und die LCD Anzeige am SONY DAT-Recorder zeigt es auch genauso genau an.

Haben Sie testweise sogar das DAT-Band auf Aufnahme mitlaufen lassen und spielen das Dat-Band wieder ab, staunen Sie noch ungläubiger über die fantastische Pegel-Genauigkeit. Abweichungen (bei uns) unter 1 dB.

Jetzt greifen Sie vielleicht doch zum Vorschlaghammer . . . . . das arme Tonbandgerät . . . .
.

Für die Messungen an einem CD oder DVD Spieler braucht man ein vorbereitetes "Medium", die Quelle. Das ist eine Test-CD oder DVD mit Referenztönen. Da auf diesen Medien auch reine digitale Informationen drauf sind, die sie mit einem Brenner selbst drauf spielen können, benötigen Sie zum Messen nur noch den Analyzer. Damit sind Kanalgleichheit und Frequenzgang und Verzerrungen sehr einfach zu messen. Liefert der Abspieler für den PC-Eingang einen zu hohen Pegel, der sich nicht regeln (abschwächen) läßt, muß auch hier ein 1% genauer Spannungsteiler her. Manche Ausgangsabschwächer, die in den Geräten auf der Rückseite eingebaut sind, sollen angeblich den Klang verschlechtern - angeblich.
.

Bei einem Vorverstärker beginnen wir auch mit dem Pegelabgleich mit unserem 1000 Hz Ton. Die europäischen Vorverstärker wollen irgendwo zwischen 200mV und 500mV am Line- oder Radio-Eingang sehen. Am Ausgang liefern die allermeisten dann bis zu 3 Volt. Das reicht für fast alle Endverstärker auf dieser Welt. Nach der Pegelgleichheit kommt der Frequenzgang dran und dann der Klirrfaktor von 20 bis 20.000 Hz. Bei der Spektralanlyse mit logarithmischem 120 Dezibel Meßbereich sieht man Rauschen und Brummen bis in höchste Ebenen - man sieht so gut wie alles. Screenshots kommen noch.

Ist der Ausgangspegel des Vorverstärkes für den PC- "Line-in" zu groß, muß ein 1:3 oder 1:5 Abschwächer aus 1% Widerständen gebaut werden.
.

Auch bei dem Tuner messen wir zuerst die Pegelgleichhjeit und die Pegelhöhe am Ausgang des Tuners. Dazu muß natürlich der Meß-Tongenerator unseres Meßsenders vorher eingestellt worden sein. Auf die anderen Daten von UKW-Sender haben wir fast keinen Einfluß. Stimmt der unverzerrte 1000 Hz Pegel auf beiden Kanälen leidlich überein, kann die Audio-Frequenz von 40 bis 15.000 Hz verändert werden, wobei der Pegel nur marginal schwanken darf und der Klirrfaktor auch im Rahmen bleiben muß. Das kann nun mit verschiedenen Feldstärken wiederholt werden. An der Audio-Qualität sollte sich nichts ändern. Mehr darüber steht hier bei der UKW-Messtechnik.
.