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"Audio-Wissen von 1974" - Die Themen dieser Artikel sind:

Was war mit der analogen Audio-Studio-Technik machbar und was sollte bzw. mußte ein Toningenieur wissen und gelernt haben. Daß viele dieser Themen (wir schreiben zur Zeit 2016) bereits 35 Jahre alt sind und durch die schleichende Digitalisierung völlig überholt sind, bedeutet nicht, daß sich die physikalischen Grundlagen wesentlich geändert haben.

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G. Meßtechnik (aus den Jahren 1970 bis 1978)

Zum Zwecke der Aufrechterhaltung des ordnungsgemäßen Betriebszustandes eines Tonstudios ist eine ständige Überwachung und Instandhaltung aller Einzelgeräte und Anlagen erforderlich. Diese Aufgabe liegt meist in den Händen einer besonderen, zu jedem Studio gehörenden Gruppe, die - je nach Studio - die verschiedenartigsten Bezeichnungen, zum Beispiel Prüffeld, Ton-Meßtechnik, Meßdienst, Betriebsdienst, trägt.

Von dem gesamten Aufgabengebiet dieser Gruppe interessiert hier vorwiegend nur der Teil, der die Sicherung der geforderten elektroakustischen Eigenschaften der gesamten Studioanlage umfaßt. Hierzu gehört einerseits die Überprüfung der neu in Betrieb zu nehmenden Einzelgeräte und Anlagen und andererseits die in turnusmäßigem Abstand erfolgende Überprüfung der bereits im Betrieb befindlichen Geräte und Anlagen.

Die letztere ist deshalb notwendig, weil sich durch die natürlichen Abnutzungserscheinungen, zum Beispiel der Röhren und Magnettonköpfe, oder auch wegen spontan auftretender Defekte die elektrischen Eigenschaften eines Gerätes stetig oder sprunghaft ändern können und das - je nach dem Grad der sich dadurch einstellenden Verfälschungen - subjektiv nicht immer sofort feststellbar ist.

Da sich die elektroakustischen Eigenschaften eines Gerätes oder einer Anlage in den Ergebnissen der Messung aller Verzerrungen und des Geräuschspannungsabstandes widerspiegeln, sollen zunächst auch nur diese Meßverfahren betrachtet werden.

Auf die Behandlung der üblichen Messungen, zum Beispiel Strom- und Spannungsmessungen, Frequenzmessungen, Widerstandsmessungen, die in der Betriebsmeßtechnik erst bei der Reparatur zur Anwendung gelangen, kann hier verzichtet werden. Im Gegensatz zu den Verzerrungsmeßverfahren existiert hierüber umfangreiche Literatur.

Am Ende des Kapitels ist noch eine kurz gehaltene Darstellung der wichtigsten akustischen Meßverfahren zu finden.
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G. I. Meßvorbereitung

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  • Anmerkung : Die Grundlagen der Messung analoger Größen sind natürlich nach wie vor gültig. Alleine die Meßmethoden und die Verwendung analoger Technik haben sich grundlegend geändert.

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Zur Vorbereitung einer Messung gehört vor allem die Wahl des für das Meßobjekt richtigen Quell- und Abschlußwiderstandes der Meßeinrichtung. Den Einfluß des Quellwiderstandes, der durch den Innenwiderstand des Tonfrequenzgenerators gebildet wird, kann man sich leicht anhand folgender Überlegungen klarmachen:

Stellt das Meßobjekt zum Beispiel nur ein nichtlineares Querglied mit frequenzabhängigem Widerstand dar, und ist der Generator-Innenwiderstand im Vergleich zum Querwiderstand verschwindend klein, so werden weder lineare noch nichtlineare Verzerrungen gemessen werden können.

Ist dagegen der Generator-Innenwiderstand im vorliegenden Beispiel größer als der Widerstand des Quergliedes, so lassen sich auch die linearen und nichtlinearen Verzerrungen nachweisen.

Über den Einfluß des Abschlußwiderstandes

Ähnliche Überlegungen kann man auch über den Einfluß des Abschlußwiderstandes anstellen, die die Notwendigkeit der richtigen Wahl desselben bestätigen. Damit die Meßergebnisse auch ein reales Abbild der Größe der Verzerrungen darstellen, die das Meßobjekt im Betrieb verursacht, müssen die gewählten Quell- und Abschlußwiderstände annähernd mit den in der Anlageschaltung praktisch wirksamen identisch sein. Da diese jedoch auch bei einer an verschiedenen Stellen der Anlage verwendeten gleichen Type des Meßobjektes in gewissen Grenzen variieren, hat man sich auf einen festen Quell- und Abschlußwiderstand von etwa 200 Ohm bis 300 Ohm festgelegt.

Bei den Messungen, bei denen neben der Größe des Widerstandes auch noch die Art der Ankopplung der Meßgeräte an das Meßobjekt wichtig ist, muß man auf die richtige symmetrische oder unsymmetrische Anschaltung achten. In der Studiotechnik kommt fast nur die erstere zur Anwendung.

Messen immer bei definierten Ausgangspegeln

Die Benutzung der richtigen Größe der Meßspannung ist im wesentlichen bei der Messung der nichtlinearen Verzerrungen wichtig, weil deren Größen von der Aussteuerung des Meßobjektes abhängen.

Man führt diese Messungen deshalb bei den meisten Studiogeräten - mit Ausnahme der Leistungsverstärker, Schallspeichergeräte und Mikrofonverstärker - bei einem definierten Ausgangspegel von +6dB, +12dB oder +18dB durch.

Bei Leistungsverstärkern nimmt man die Messung bei Abgabe der Nennleistung in Verbindung mit dem Nenn-Abschlußwiderstand von meist 15 Ohm vor.

Messungen an Schallspeichergeräten

Bei der Messung der nichtlinearen Verzerrungen von Schallspeichergeräten werden besondere Festlegungen bezüglich der Ausgangsspannung erforderlich, die sich nicht nur nach der Art des betreffenden Schallspeicherverfahrens richten, sondern auch noch die jeweilige Geschwindigkeit des Tonträgers berücksichtigen müssen.

Aus diesem Grund kann hier meist der Normalpegel von +6dB nur bei der Messung der nichtlinearen Verzerrungen im mittleren Frequenzgebiet und bei tiefen Frequenzen benutzt werden. Bei hohen Frequenzen muß der Ausgangspegel dagegen mit ansteigender Frequenz etwa im gleichen Maße herabgesetzt werden, wie zum Beispiel der Sprechstrom im Sprechkopf oder Lichtsteuerorgan ansteigt, da sonst eine Übersteuerung des Tonträgers eintritt. Ihre Berechtigung erhält diese Maßnahme durch den nach der Amplitudenstatistik wesentlich geringeren Energieinhalt der Anteile hoher Frequenzen in den Frequenzspektren natürlicher Schallereignisse (siehe Seite 310).

Bevor also Messungen an solchen Geräten durchgeführt werden, sind anhand der im Abschnitt E. behandelten Schallspeicherverfahren grundsätzliche Überlegungen über die Wahl der richtigen Meßspannung anzustellen.

Anders ist es bei hohen Frequenzen

Im Gegensatz zu diesen etwas komplizierten Verhältnissen genügt es bei der Messung linearer Verzerrungen, die Meßspannung so groß zu wählen, daß einerseits keine Übersteuerung und andererseits keine Verfälschung des Meßergebnisses durch Fremdspannungseinflüsse zu befürchten ist. Im allgemeinen nimmt man deshalb diese Messungen bei einem Ausgangspegel von etwa -8dB bis -20dB vor. Der Ausgangspegel bestimmt dann in Verbindung mit der Verstärkung oder Dämpfung die Größe des Eingangspegels.

G. II. Meßverfahren
G. II. 1. Messung linearer Verzerrungen
G. II. 1. 1. Dämpfungsverzerrungen

Die Dämpfungsverzerrungen lassen sich grundsätzlich nach zwei verschiedenen Methoden messen. Die erste beruht im wesentlichen auf einer Spannungsmessung, während die zweite die Dämpfungsverzerrungen anhand eines Dämpfungsvergleiches ermittelt. Als Vergleichsmessung kann von der zuletzt genannten Methode im Vergleich zur ersteren eine viel größere Meßgenauigkeit erwartet werden. In der Betriebsmeßtechnik, in der auch die Meßgenauigkeit der ersten Methode ausreicht, wird man meist das Verfahren vorziehen, das bei kleinstem Aufwand die schnellste Messung erlaubt. Diese Entscheidung fällt aber besonders dann zugunsten der Spannungsmessung aus, wenn der Frequenzgang anstelle des am Ausgang angeschalteten Spannungsmessers mit einer Braunschen Röhre oder einem Pegelschreiber aufgezeichnet wird.

G. II. 1. 1. 1. Ermittlung der Dämpfungsverzerrungen durch Pegelmessung

Der grundsätzliche Aufbau der Meßschaltung dieser Methode ist in Bild 240 dargestellt. Zweckmäßigerweise hält man dabei die Eingangsspannung des Meßobjektes konstant und überwacht sie mit dem parallel zum Eingang geschalteten Spannungsmesser. Benutzt man einen Tonfrequenzgenerator, dessen Ausgangsspannung unabhängig von der Frequenz hinreichend konstant bleibt, so kann natürlich darauf verzichtet werden.

Wird zur Messung der Ausgangsspannung ein Spannungsmesser benutzt, so können die bei den verschiedenen Frequenzen angezeigten Werte in ein Diagramm mit doppellogarithmischer Teilung (siehe Abschnitt B. II. 1. 2.) eingetragen werden, woraus sich der Verlauf des Frequenzganges ergibt.

Besser als ein Spannungsmesser eignet sich ein Pegelmesser, der den Ausgangspegel in dB - bezogen auf 0dB = 0,775V - anzeigt. Die Ordinate des Diagramms besitzt dann eine lineare Teilung. Aus dem aufgezeichneten Frequenzgang kann man schließlich im Vergleich mit dem Ausgangspegel bei 1.000Hz die Dämpfungsverzerrungen bei den interessierenden Frequenzen oder die untere und obere Grenzfrequenz leicht feststellen.

Interessiert die Größe der Dämpfungsverzerrungen des Meßobjektes nur bei wenigen diskreten Frequenzen, zum Beispiel nur bei je einer bestimmten tiefen und hohen Frequenz, so kann auf die Messung des Frequenzganges verzichtet werden.

Messungen mit dem Pegelschreiber

Besonders elegante Methoden, die eine sehr rationelle Messung der Dämpfungsverzerrungen in Verbindung mit einer Aufzeichnung des Frequenzganges erlauben, verwenden anstelle des Pegelmessers einen selbsttätigen Pegelschreiber.

Als Ausführungsformen sind hierfür bisher Pegelbildschreiber, die eine Braun'sche Röhre benutzen, und Pegelschreiber, die den Frequenzgang mechanisch auf ein geeignetes Papierband aufzeichnen, bekannt.

Prinzipschaltbild eines Pegelschreibers

Bild 241 zeigt als praktisches Beispiel das Prinzipschaltbild eines Pegelschreibers (Type 2305 von Brüel und Kjaer). Aus diesem ist zu erkennen, daß das zu messende Eingangssignal zunächst über den Eingangsregler P1 und den Eichteiler P2 einem besonders konstruierten Meßpotentiometer P3, dessen Funktion wir noch näher kennenlernen werden, zugeführt wird. Vom Abgriff des Potentiometers P3 gelangt das Signal zu einem Gegentaktverstärker. Handelt es sich bei dem Signal um eine Gleichspannung, so wird sie vorher durch einen netzbetriebenen Wechselrichter in eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 100 Hz umgewandelt. Der Verstärker enthält bis zum nachfolgenden Gleichrichter keine Kopplungskondensatoren, da sich diese während der Aufzeichnung positiver Pegelsprünge bei einer Übersteuerung der Stufen aufladen und den Verstärker blockieren würden. Gleichzeitig ist damit eine verzerrungsfreie Verstärkung komplexer Spannungen unsymmetrischer Kurvenform gewährleistet. Der Verstärker hat einen Gegentaktausgang mit sehr niedrigem Innenwiderstand, dem ein Gleichrichternetzwerk folgt, das den Effektivwert, den Spitzenwert oder den arithmetischen Mittelwert zu messen gestattet. Die Zeitkonstante des Doppelweggleichrichters läßt sich durch Umschalten der Kondensatoren ändern, um das sich regelnde System je nach der tiefsten Frequenz der Eingangsspannung zu stabilisieren. Die gleichgerichtete Spannung wird nun mit einem festen Wert verglichen und die Differenzspannung einem Gleichstromverstärker zugeführt, dessen Ausgangsstrom die Tauchspule des Schreibsystems mit Strom versorgt. Der spannungsverstärkende Teil des Gleichstromverstärkers arbeitet mit 5 kHz Trägerfrequenz, d. h. die Differenzspannung wird elektronisch zerhackt, verstärkt und in einem Phasendetektor polrichtig zusammengesetzt.

Teil 2

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise des Pegelschreibers ist in Bild 241 die Schaltung des Gleichstromverstärkers vereinfacht dargestellt. Wie wir daraus ersehen, gelangt die Differenzspannung auf die eine Röhre (Rö 1) der Vorstufe eines doppelstufigen Verstärkers, während das Gitter der zweiten Vorstufenröhre (Rö 2) im Ruhezustand des Schreibers auf Nullpotential liegt.

Die beiden Vorstufen arbeiten auf die beiden Gegentaktstufen, die als Katodenverstärker aufgebaut sind und zwischen deren Katoden die Antriebsspule des Schreibsystems geschaltet ist. Solange nun die Gitterspannung der beiden Vorröhren die gleiche ist, werden bei genauer Symmetrie des Gegentaktverstärkers auch die an den beiden Katoden der Endröhren auftretenden Spannungen einander gleich sein. Die Antriebsspule des Schreibers bleibt dann stromlos. Das ist der Fall, wenn die am Schleifer des Meßpotentiometers liegende Spannung so groß ist, daß die gleichgerichtete Signalspannung der Vergleichsspannung dem Betrag nach gleich ist. Ist dies nicht der Fall, d. h. befindet sich der Schleifer zum Beispiel augenblicklich gerade an einer Stelle mit größerem Potential, so wird die Steuerspannung der Röhre 1 negativer, wodurch in der Antriebsspule ein Strom fließt. Er verschiebt die Spule in einer Weise, daß sich der Schleifer am Potentiometer in Richtung einer kleineren Spannung hin bewegt. Hat der Schleifer den Punkt erreicht, an dem wieder der oben genannte Gleichgewichtszustand eintritt, so wird die Antriebsspule abermals stromlos. Wird die Eingangsspannung dagegen verkleinert, so wird der Schleifer in Richtung eines größeren Potentials verschoben, bis wieder Gleichheit zwischen der gleichgerichteten Spannung und der Vergleichsspannung herrscht. Die Aufzeichnung der Bewegungen des Schreibsystems kann nun sowohl durch einen an demselben befestigten Stift, der das unter ihm hinweggleitende Wachspapier mit aufgedrucktem Diagramm sichtbar ritzt, als auch durch einen an ihm befestigten kleinen Tintenschreibstift auf Papier erfolgen.

Bemerkungen dazu :

Zu bemerken wäre noch, daß die Einstellung des Spannungsteilers P4 (Auflösung) die Pegeländerung bestimmt, die für den Start des Schreibsystems notwendig ist. Für jedes der zugehörigen Eingangspotentiometer muß also an diesem Spannungsteiler die entsprechende Einstellung erfolgen. Weiterhin wird die in der zweiten Spule des Schreibsystems induzierte Spannung, die sich nur bei einer Bewegung derselben einstellt, über den zweiten Spannungsteiler auf das Gitter der Vorstufenröhre Rö2 so zurückgeführt, daß eine Gegenkopplung entsteht, die auf die Schreibgeschwindigkeit von großem Einfluß sein muß. Die gewünschte Größe derselben kann mit diesem Spannungsteiler eingestellt werden. Sie beträgt bei diesem Gerät maximal 2m/s.

Die verlangte Charakteristik der Anzeige und deren Bereich lassen sich ganz einfach durch die Widerstandskurve des Meßpotentiometers festlegen. Aus diesem Grund können die Meßpotentiometer ausgewechselt werden.

Die logarithmische Anzeige

Am gebräuchlichsten ist die logarithmische Anzeige. Die zum gezeigten Gerät gehörenden logarithmischen Potentiometer haben einen Bereich von 10, 25, 50 und 75dB und die linearen Potentiometer einen solchen von 10 bis 35mV und 10 bis 110mV. Der von einem Motor angetriebene Papiervorschub kann zwischen 10cm/s und 0,3mm/s stufenweise eingestellt werden.

Zur automatischen Aufzeichnung des Frequenzganges ist zusätzlich zu dem Schreiber noch ein Nf-Generator (Schwebungssummer) notwendig, dessen Frequenzeinstellung mit dem Papiervorschub des Pegelschreibers mechanisch gekoppelt sein muß. Der Pegelschreiber allein eignet sich unter anderem auch zur Durchführung von Nachhallmessungen. An seinen Eingang braucht nur das in dem zu messenden Raum befindliche Mikrofon - notwendigenfalls über einen Verstärker - geschaltet zu werden. Nach dem Ertönen und Abklingen einer in dem Raum befindlichen Schallquelle, das heißt einem Knallkörper, oder dem Abschalten eines von einem Lautsprecher abgestrahlten Rauschens [73] zeichnet der Schreibstift bei Verwendung eines logarithmisehen Potentiometers annähernd eine schräg abfallende Gerade auf. Die aus der Papiervorschubgeschwindigkeit ermittelte Zeit, die diese Linie zum Überstreichen eines Intervalls von 60dB benötigt, ist dann die Nachhallzeit (siehe Abschnitt A. III. 2.2).

G. II. 1. 1. 2. Ermittlung der DämpfungsVerzerrungen durch Vergleichsmessung

Die Grundschaltung dieses Meßverfahrens zeigt Bild 242. Handelt es sich bei dem zu messenden Vierpol um einen Verstärker, so muß die Eichleitung mit ihm in Reihe (a), bei einem Dämpfungsglied aber parallel (b) zu seinem Eingang geschaltet werden. Die Dämpfung der Eichleitung wird dann mit Hilfe des Spannungsmessers so eingestellt, daß er beim Umschalten keinen Spannungsunterschied mehr erkennen läßt. Zu diesem Zweck enthält die Eichleitung drei stufenweise veränderbare dekadische Spannungsteiler, wobei die Stufung des ersten Spannungsteilers 10dB, des zweiten 1dB und des dritten 0,1dB beträgt. An der Eichleitung kann dann die Verstärkung beziehungsweise Dämpfung direkt in dB abgelesen werden. Die Dämpfungsverzerrung ergibt sich aus der Differenz zwischen dem bei der Bezugsfrequenz und dem bei der interessierenden Frequenz gemessenen Wert.

Die Genauigkeit des Verfahrens hängt bei richtigem Schaltungsaufbau nur von der Genauigkeit der Spannungsteilung der Eichleitung und der Empfindlichkeit des Spannungsmessers ab. Sie ist, da hier Anzeigefehler der verwendeten Instrumente nicht eingehen, größer als bei dem im Abschnitt 1.1.1 beschriebenen Meßverfahren.

G. II. 1.2 Phasendifferenzmessung

Zur Messung der zwischen zwei Wechselspannungen gleicher Frequenz auftretenden Phasendifferenz lassen sich verschiedene Methoden anwenden.

Allen diesen Methoden ist gemeinsam, daß bei ihnen eine Phasendifferenz phi von mehr als 2 pi (360°) nur als eine solche zwischen 0 und 2 pi angezeigt, das heißt um entsprechende 2 n pi reduziert wird. Solange nun die Phasendifferenz nur zwischen zwei gleichartig aufgebauten Geräten oder Anlagenteilen, zum Beispiel eines stereofonischen Übertragungssystems, gemessen werden soll, tritt dieser Nachteil deshalb nicht in Erscheinung, weil die wirkliche Phasendifferenz fast ausschließlich weniger als 2 pi beträgt.

Eine Ausnahme hiervon machen allerdings die Schallspeichereinrichtungen. So können wegen der bei diesen Geräten unvermeidbaren Frequenzmodulation konkrete Werte für die zwischen zwei Schallspeichergeräten auftretenden Phasendifferenzen überhaupt nicht angegeben werden. Die Ermittlung der Phasendifferenz ist deshalb nur zwischen zwei verschiedenen Spuren eines mehrspurigen Schallspeichergerätes möglich. Da die Phasendifferenz zwischen den beiden Spuren eines Magnettongerätes durch eine Schrägstellung des Kopfes bei hohen Frequenzen jedoch auch ein Mehrfaches von 2 pi betragen kann, muß die Messung besonders kritisch durchgeführt werden. Man hilft sich in diesem Fall am besten dadurch, daß man mit der Messung bei ganz tiefen Frequenzen beginnt und kontinuierlich zu hohen Frequenzen übergeht, wobei man Phasendrehungen von jeweils 2 pi mitzählt.

G. II. 1. 2. 1. Messung der Phasendifferenz mit Oszillografen

Zu dieser Messung kann sowohl ein Einstrahl- als auch ein Mehrstrahloszillograf herangezogen werden [37]. Steht ein Zweistrahloszillograf oder ein Einstrahloszillograf mit Elektronenschalter zur Verfügung, so läßt sich der Phasenwinkel zwischen den beiden abgebildeten sinusförmigen Wechselspannungen leicht aus Bild 243 ermitteln.

Zu beachten ist allerdings dabei, daß die x- und y-Verschiebungen beider Ablenksysteme so eingestellt sein müssen, daß sich bei Abschaltung der Wechselspannungen die beiden gezeichneten Basislinien decken. Nachteilig ist bei der Ermittlung des Phasenwinkels nach der ersten Beziehung, daß die Messung der Strecken a und b nicht leicht mit der nötigen Genauigkeit erfolgen kann. Vorteilhaft ist hierbei, daß keine Amplitudengleichheit zwischen beiden abgebildeten Wechselspannungen herrschen muß.

Legt man an die Plattenpaare eines Einstrahloszillografen nach Bild 244 die beiden Wechselspannungen, so erhält man je nach deren Phasendifferenz und Amplitude entweder einen Kreis, eine Ellipse oder eine Gerade. Die Größe der Phasendifferenz ergibt sich dann gemäß Bild 244b.

Verfolgt man bei dieser Methode in Abhängigkeit von der Frequenz die Änderung der Phasendifferenz, so treten Schwierigkeiten in der Vorzeichenbewertung des Phasenwinkels dann auf, wenn die Ellipse zwischendurch in eine Gerade übergegangen ist. Abhilfe ist jedoch dadurch möglich, daß man die Helligkeit des Elektronenstrahls mit Zeitmarken moduliert und aus deren Wanderung den Drehsinn der Ellipse erkennen kann [37].

Eine besondere Anwendung erfährt das Messen des Phasenwinkels mit einem Einstrahloszillografen bei der Zweikanal-Intensitätsstereofonie. Wie wir im Abschnitt "C. II. 2. 6." sahen, ist es deren Kennzeichen, daß keine Phasenunterschiede zwischen den Tonfrequenzspannungen in beiden Kanälen auftreten. Das läßt sich leicht mit der in Bild 245 schematisch gezeigten Schaltungsanordnung überprüfen. Bei engster Aufstellung der beiden Mikrofone zueinander und richtiger Polung dürfen erstens keine kreis- oder ellipsenförmigen Figuren entstehen, und zweitens darf sich die im Rhythmus der Tonfrequenzamplituden pulsierende und um den Schirmmittelpunkt schwankende Gerade nur in dem gezeigten Bereich bewegen.

Der besondere Wert dieses Meßverfahrens liegt darin, daß man die Richtigkeit der Mikrofonanordnung und -polung auch nach der Aufzeichnung zu jeder Zeit überprüfen kann. Das gilt besonders für solche Aufnahmen, bei denen mehrere Doppelmikrofone, zum Beispiel für jede Instrumentalgruppe ein Doppelmikrofon, angewandt werden. Sind eines oder mehrere dieser Doppelmikrofone falsch gepolt, so schwenkt die oszillografierte Gerade auch in den in Bild 245 gezeigten oberen und unteren Sektor des Schirmes hinein. Gibt man anstelle der Mikrofonspannungen die von einer mit 2 • 45°-Schrift geschnittenen Schallplatte abgetasteten Spannungen auf die Meßplatten, so zeigt die Neigung der Geraden gleichzeitig den resultierenden Schnittwinkel an [253].

G. II. 1. 2. 2. Phasendifferenzmessung nach der Summen-Differenzmethode

Bei dieser Methode wird von beiden Wechselspannungen mit einem geeigneten Umschalter und zwei Übertragern nach Bild 246 einmal die Summenspannung Us und einmal die Differenzspannung Ud gemessen. Aus der Beziehung ergibt sich dann die Phasendifferenz. Voraussetzung für die Gültigkeit dieser
Gleichung ist die Gleichheit der Amplituden beider Wechselspannungen, die mit dem gleichen Instrument überprüft und mit dem Dämpfungsregler herbeigeführt werden kann.

Die im Abschnitt A. II 2. 2. definierten nichtlinearen Verzerrungsmaße machen die Anwendung verschiedener Meßverfahren notwendig [266 bis 273]. Dabei unterscheidet man im wesentlichen zwischen Meßverfahren, die nur eine einzige Meßwechselspannung, und Verfahren, die zwei Meßwechselspannungen verschiedener Frequenz benutzen. Mit den ersteren, die man allgemein als Eintonverfahren bezeichnet, lassen sich sowohl die Klirrkoeffizienten als auch die Klirrfaktoren und mit den letzteren, den Zweitonverfahren, die Differenzton- und Modulationsfaktoren bestimmen [271, 272, 273].

G. II. 2. 1. Eintonverfahren
G. II. 2. 1. 1. Messung des Klirrfaktors

Das bekannteste Eintonmeßverfahren stellt die Messung des Klirrfaktors mit einer Wienschen Brückenschaltung dar (Bild 247). Bei der Messung wird zunächst die vom Meßobjekt abgegebene und verzerrte Wechselspannung auf die Anschlußpunkte A-B der Brücke gegeben und ein Röhrenvoltmeter an die anderen beiden Punkte C-D geschaltet. Danach wird der in einem Brückenzweig liegende Reihenresonanzkreis auf die Grundfrequenz der Wechselspannung abgestimmt, und mit dem im gleichen Brückenzweig liegenden veränderlichen Widerstand R4 wird die gesamte Brücke so abgeglichen, daß sich das Instrument des Röhrenvoltmeters auf ein Minimum einstellt. Das als Effektivwertmesser ausgebildete Röhrenvoltmeter zeigt in diesem Zustand nur den halben Effektivwert der Spannungen aller Harmonischen zuzüglich aller Subharmonischen und sonstigen Fremdspannungen an. Nach Umschalten des Röhrenvoltmeters auf die beiden in Bild 247 erkennbaren und in Prozent der halben Gesamtspannung geeichten regelbaren Spannungsteiler R5 und R6 kann dann durch deren Variation wieder der gleiche Meßwert eingestellt werden.

Auf diese Weise erhält man das zur Errechnung des Klirrfaktors notwendige Verhältnis des Effektivwertes der Harmonischen zum Effektivwert der Gesamtspannung und kann den Klirrfaktor an den in Prozent geeichten Einstellknöpfen von R5 und R6 direkt ablesen.

Tonfrequenzgeneratoren, die für solche Messungen verwendet werden, dürfen nur sehr geringe nichtlineare Verzerrungen aufweisen, da sonst die erhaltenen Meßergebnisse verfälscht werden.

Weiterhin ist bei diesem Verfahren zu beachten, daß es, praktisch bei tiefen Frequenzen beginnend, nur bis zu etwa einem Drittel der oberen Grenzfrequenz des Meßobjektes anwendbar ist. Nimmt man die Messung des Klirrfaktors bei noch höheren Frequenzen als 1/3 fo vor, so werden zwar innerhalb des Meßobjektes noch höhere Harmonische als 2. Ordnung entstehen, aber diese werden nicht oder nur sehr stark gedämpft am Ausgang des Meßobjektes in Erscheinung treten. Der Klirrfaktor würde dann als zu klein gemessen.

G. II. 2. 1. 2. Messung der Klirrkoeffizienten

Die Größe der Klirrkoeffizienten bestimmt man am besten mit schmalban-digen Filtern. Der am Ausgang des Filters gemessene Effektivwert der betreffenden ausgefilterten Harmonischen (unter Berücksichtigung der Dämpfung des Filters im Durchlaßbereich) im Verhältnis zum Effektivwert der Gesamtspannung ergibt nach Gleichung (19) den Klirrkoeffizienten.

G. II. 2. 2. Zweitonverfahren
G. II. 2. 2. 1. Messung der Differenztonfaktoren

Zur kontinuierlichen Messung im Abschnitt A. II. 2.2.2 definierten Differenztonfaktoren cfe und ds im gesamten Tonfrequenzbereich benötigt man zwei Meßfrequenzen absolut gleichen Frequenzabstandes. Hinter dem Meßobjekt brauchen dann nur einmal die Differenzfrequenz delta f = f2 - fl und zum anderen die Differenzfrequenzen 2 f2 - f1 und 2 f1 - f2 mit Filtern ausgesiebt und deren Effektivwerte der Gesamtspannung ins Verhältnis gesetzt zu werden (Bild 248). Für die Gewinnung der beiden Meßfrequenzen wäre es zunächst denkbar, zwei getrennte Tonfrequenzgeneratoren zu verwenden. Ein solches Verfahren ist jedoch sehr zeitraubend, weil bei einer stufenweisen Messung über den gesamten Frequenzbereich beide Meßfrequenzen bei jeder Messung verändert und der Frequenzabstand jeweils wieder genau eingestellt werden müssen.

Mit Hilfe eines kleinen Schaltungstricks läßt sich jedoch auch mit nur einem Tonfrequenzgenerator gleitender Frequenz f gl und einem zweiten Tonfrequenzgenerator konstanter Frequenz fk ein variables Frequenzpaar herstellen, wenn man die gleitende und feste Frequenz auf einen Ringmodulator gibt. An dessen Ausgang sind dann nur noch die beiden Meßfrequenzen vorhanden.

Daraus ergibt sich der konstante Abstand der Meßfrequenzen, die nunmehr auf das Meßobjekt gegeben werden.

Differenztonfaktor 2. Ordnung

Die Messung des Differenztonfaktors 2. Ordnung gestaltet sich sehr einfach, indem die durch die Nichtlinearität des Meßobjektes entstandene neue Wechselspannung mit der Frequenz delta f über ein Filter ausgesiebt, und - wie Bild 248 a zeigt - mit einem Röhrenvoltmeter gemessen wird. Sorgt man dafür, daß die auf das Filter gegebene Gesamtspannung einen bei allen Messungen konstanten Wert besitzt, wie er mit einem Verstärkungsregler leicht eingeregelt und an einem Instrument kontrolliert werden kann, so ist die Eichung des nachgeschalteten Röhrenvoltmeters direkt in Prozent d2-Verzerrung möglich.

Differenztonfaktor 3. Ordnung

Schwieriger scheint dagegen die Messung des Differenztonfaktors 3. Ordnung zu werden, weil sich die auszufilternden Frequenzen 2f2 - f1 und 2 f1 - f2 bei einer Änderung der gleitenden Frequenz laufend mitverändern und somit auch komplizierte Filter veränderlicher Durchlaßfrequenz notwendig wären.

Vermeidbar wird diese Forderung nur durch Anwendung eines weiteren Tricks, der darin besteht, daß das vom Meßobjekt abgegebene Frequenzgemisch auf die quadratische Kennlinie eines Gleichrichters gegeben wird. Wie aus Bild 248b ersichtlich, entsteht dann ein Frequenzspektrum, das unter anderem auch die Frequenz 2 delta f enthält

Ist die Frequenz 2 f1-f2 oder 2 f2 - f1 nicht vorhanden, das heißt, daß das Meßobjekt keine kubischen Verzerrungen verursacht, so wird auch 2 delta f zu Null. Die Amplitude von 2 delta f bildet also ein Maß für die Größe der kubischen Verzerrungen und kann über ein leicht herstellbares festes Filter ausgesiebt und zur Anzeige gebracht werden.

Unter der bereits oben angegebenen Voraussetzung einer konstanten - hier auf die quadratische Kennlinie gegeben - Gesamtspannung kann auch ds direkt in Prozent abgelesen werden.

G. II. 2. 2. 2. Messung der Modulationsfaktoren

Bei dieser Messung nutzt man die Größe der an einer nichtlinearen Kennlinie entstehenden Amplitudenmodulation einer Schwingung durch eine zweite Schwingung zur Kennzeichnung der Nichtlinearität aus. Zu diesem Zweck gibt man auf das Meßobjekt zwei voneinander erheblich abweichende Frequenzen, das heißt eine tiefe Frequenz f1 und eine hohe Frequenz f2. Am Ausgang des verzerrten Meßobjektes enthält dann die hohe Frequenz beiderseits je zwei Seitenfrequenzen, wobei die Seitenfrequenzen f2 ± f1 auf den quadratischen Anteil, dagegen die Seitenfrequenzen f2 ± 2 f1 auf den kubischen Anteil der Kennlinie zurückzuführen sind. Die Seitenfrequenzen können jedoch wegen ihrer Abhängigkeit von der Frequenz f1 nur schwer direkt zur Messung herangezogen werden, da man hierzu wieder komplizierte Filter variabler Durchlaßfrequenz benützen müßte.

Man gibt die Frequenz f2 einschließlich ihrer Seitenfrequenzen entsprechend Bild 249 ebenfalls auf eine quadratische Kennlinie. Die Frequenz f1 ist eine Folge des quadratischen und 2 f1 eine Folge des kubischen Anteils der Kennlinienform des Meßobjektes.

Wichtig ist aber dabei, daß die vom Meßobjekt abgegebene Frequenz f1 durch einen Hochpaß vom quadratischen Glied ferngehalten wird (Bild 249). Aus dem vom quadratischen Glied abgegebenen Frequenzgemisch filtert man die Frequenzen f1 und 2 f1 entweder mit einem Tiefpaß oder einem umschaltbaren Filter aus und bestimmt ihren Effektivwert mit einem Röhrenvoltmeter.
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G. II. 3. Messung der Modulationsverzerrungen
G. II. 3. 1. Amplitudenmodulationsverzerrungen

Die Messung der Amplitudenmodulationsverzerrungen geschieht zweckmäßigerweise mit einer Meßschaltung, wie sie Bild 250a zeigt. Auf das Meßobjekt wird eine Wechselspannung möglichst hoher Frequenz, zum Beispiel 5.000 Hz, gegeben. Die vom Meßobjekt abgegebene modulierte Wechselspannung wird hinter einem Filter, dessen Bandbreite auch die Seitenfrequenzen mit durchläßt, gleichgerichtet.

Durch eine geeignete Bemessung der Zeitkonstanten des Gleichrichters erreicht man, daß am Ausgang desselben die Modulationsstörfrequenzen erhalten bleiben, die über ein umschaltbares Filter bereichsweise mit einem Röhrenvoltmeter entweder als Effektivwert oder als Spitzenwert gemessen werden können. Genau wie bei den Zweitonmessungen ist auch hier das Röhrenvoltmeter in Prozent des Modulationsgrades mA, bezogen auf eine am Eingang der Gleichrichterschaltung einstellbare Spannung, eichbar.

G. II. 3. 2. Frequenzmodulationsverzerrungen

Zur Feststellung der Frequenzmodulationsverzerrungen sind Frequenzen zwischen 3.000 und 5.000 Hz gebräuchlich. Aus der vom Meßobjekt abgegebenen frequenzmodulierten Wechselspannung werden dann alle störenden Fremdspannungen durch einen Bandpaß beseitigt und daraufhin die Amplitude der frequenzmodulierten Schwingung durch einen Begrenzer konstant gehalten (Bild 250 b).

Auf diese Weise wird der verfälschende Einfluß einer fast stets gleichzeitig vorhandenen Amplitudenmodulation unwirksam gemacht. Genau wie bei einem FM-Rundfunkempfänger wird dann die begrenzte frequenzmodulierte Schwingung durch einen Diskriminator oder an der Flanke eines Resonanzkreises in eine amplitudenmodulierte Schwingung umgewandelt. Danach wird sie gleichgerichtet und gemessen. Die Messung des Frequenzmodulationsfaktors hif erfolgt über das umschaltbare Filter, wodurch die Amplituden der verschiedenen Störfrequenzen bereichsweise erfaßt werden können [274, 275].

G. II. 4. Messung des Geräuschspannungsabstandes

Da der Geräuschspannungsabstand eines Meßobjektes gleich der Pegeldifferenz zwischen dem Vollaussteuerungspegel und dem bewerteten Fremdpegel ist, beruht die Feststellung des Geräuschspannungsabstandes auf dem Vergleich zweier Pegel (Bild 251). Für die Messung des vom Meßobjekt abgegebenen Fremdpegels benutzt man ein Röhrenvoltmeter, dem ein nach DIN 45 405 genormtes 30 Phon-Ohrkurvenfilter vorgeschaltet ist, dessen Frequenzgang spiegelbildlich zur „Kurve gleicher Lautstärke für 30 Phon" (Bild 44) verläuft. Das ist deshalb notwendig, weil bei der Wiedergabe eines Schallereignisses das gleichzeitig abgestrahlte Geräusch durchschnittlich mit etwa 30 Phon gehört wird.

G. II. 5. Akustische Meßverfahren

Zur Untersuchung der Übertragungsparameter der elektroakustischen Wandler, zur Feststellung des Schallabsorptionsvermögens schallschluckender Stoffe, zur Messung der Nachhallzeit oder auch z. B. zur Bestimmung der Schalldämmung zwischen zwei Räumen, ist es erforderlich, ein möglichst diffuses Schallfeld zu erzeugen.

Ein solches Schallfeld ließe sich beispielsweise mit einem gleitenden Heulton durch Wobbelung eines Sinustones darstellen. Dem Heulton ist jedoch ein Linienspektrum eigen, so daß für die Anregung aller Eigentöne eines Raumes nicht die gleiche Wahrscheinlichkeit gegeben ist.

Man verwendet deshalb für derartige Untersuchungen auch ein Rauschspektrum, das noch den Vorteil einer größeren Ähnlichkeit mit den Spektren von Sprache und Musik hat. Grundsätzlich könnte man mit breitbandigem Rauschen arbeiten.

Hier sind jedoch große Anforderungen an die zur Schallerzeugung notwendige Lautsprecheranlage zu stellen. In vielen Fällen ist es deshalb günstiger, schmalbandiges Rauschen in Terzbandbreite zur Erzeugung eines diffusen Schallfeldes anzuwenden.

G. II. 5. 1. Ein universeller Meßgenerator

Aus dem Vorstehenden erkennen wir, daß für akustische Messungen einfache Signalerzeuger nicht mehr ausreichen. Am zweckmäßigsten erscheinen Signalgeneratoren, die verschiedene Signalformen liefern und die damit auch für die unter 1 bis 4 beschriebenen Meßverfahren Anwendung rinden können.

Als Beispiel soll deshalb der in Bild 252 dargestellte Meßgenerator (Type 1024 von Brüel und Kjaer) näher betrachtet werden. Das Gerät arbeitet nach dem Überlagerungsverfahren und erzeugt wahlweise 3 verschiedene Signalformen:

a) eine Sinusspannung,
b) eine gefilterte Rauschspannung mit einstellbarer Frequenz und
c) Breitbandrauschen mit gleichmäßiger Dichte.

In Betriebsart Sinus oder Schmalbandrauschen läßt sich der Signalgenerator zur automatisehen Registrierung mit dem bereits beschriebenen Pegelschreiber koppeln, so daß die Aufzeichnung von Frequenzkurven möglich wird. Ein eingebauter Kompressor gestattet die automatische Regelung der Ausgangsspannung, wenn eine abhängige Meßgröße konstant gehalten werden soll.

Die Breite des Schmalbandrauschens läßt sich zwischen 10 Hz und 300 Hz umschalten. Bei Nachhallmessungen ist eine momentane Unterbrechung des anregenden Signals erforderlich. Hierfür besitzt der beschriebene Meßgenerator eine klickfreie Unterbrechungsschaltung. Mit Hilfe eines Eichteilers ist eine genaue Anpassung des Meßsignals an die jeweiligen Erfordernisse möglich. Der Ausgangs- und Kompressorpegel können an einem Kontrollinstrument beobachtet werden.

Breitbandrauschen

Der eingebaute Rauschgenerator arbeitet mit zwei Zenerdioden, durch die ein schwacher Gleichstrom fließt. Ihre entgegengesetzt gerichteten Teilspannungen werden symmetrisch addiert und über ein Tiefpaßfilter mit einer Eckfrequenz von 20 kHz geleitet. Die effektive Rauschbandbreite beträgt 25 kHz.

Schmalbandrauschen

Die Rauschspannung gelangt zunächst auf einen selektiven Verstärker, welcher auf 3 kHz Mittenfrequenz abgestimmt ist und dessen Bandbreite von 10 Hz auf 30 Hz, 100 oder 300 Hz umgeschaltet werden kann. Das gefilterte Rauschband wird durch Überlagerung mit einer Festfrequenz von 123 kHz auf eine Mittenfrequenz von 120 kHz transponiert und einem regelbaren Verstärker zugeführt, welcher Bestandteil der weiter unten beschriebenen Kompressorschaltung ist. Der regelbare Verstärker enthält Filter zur Unterdrückung des unerwünschten Seitenbandes von 126 kHz. Anschließend wird das gefilterte Rauschband mit Hilfe einer abstimmbaren Mischstufe von 120 kHz Mittenfrequenz in den Nf-Bereich 20 Hz bis 20 kHz zurücktransponiert. Das unerwünschte Hf-Seitenband wird mit einem Tiefpaßfilter unterdrückt.

Sinusgenerator

An Stelle der schmalbandigen 3-kHz-Rauschspannung wird der ersten Mischstufe eine 3-kHz-Sinusspannung zugeleitet. Die Eigenschaften der beiden folgenden Mischstufen bleiben unverändert, so daß die Frequenz der Ausgangsspannung wiederum zwischen 20 Hz und 20 kHz eingestellt werden kann.

G. II. 5. 2. Lautsprechermessungen

Der zu prüfende Lautsprecher wird einschließlich seiner Schallwand in einem echofreien (schalltoten) Raum aufgestellt und über einen entsprechenden Leistungsverstärker vom Generatorausgang eingespeist. Der abgestrahlte Schallpegel wird über ein Meßmikrofon aufgenommen und nach Verstärkung am Pegelschreiber registriert (Bild 253).

Wenn der Lautsprecher mit konstantem Strom betrieben werden soll, schaltet man in seine Zuleitung einen geeichten Widerstand oder einen Stromwandler und führt die hier abfallende Spannung über ein Röhrenvoltmeter dem Kompressoreingang des Meßgenerators zu. Der Kompressor steuert nun die Ausgangsspannung des Generators so, daß der Spannungsabfall am Widerstand oder Stromwandler konstant gehalten wird. Mit dem gleichen Meßaufbau lassen sich auch die Scheinleistung, die Impedanzkurve und der Wirkungsgrad des Lautsprechers bestimmen.

Als Sendepegel kann zweckmäßig Schmalbandrauschen oder eine Sinusspannung verwendet werden. Sofern auch die Richtcharakteristik des Lautsprechers gemessen werden soll, wird der Lautsprecher auf einem Drehtisch befestigt.

Besteht die Aufgabe darin, die Schall Verteilung oder den Frequenzgang einer Lautsprecheranlage in einem beliebigen Wiedergaberaum zu untersuchen, so setzt man vorteilhaft Schmalbandrauschen ein. Der Schallpegel wird dann an mehreren räumlich wichtigen Punkten registriert, wobei die Mittenfrequenz des Rauschsignals stetig verändert wird. Zweckmäßig ist es dabei, die Frequenzskala des Signalgenerators mit dem Pegelschreiber zu koppeln.

G. II. 5. 3. Messungen an Mikrofonen

Die Frequenzkurve eines unbekannten Mikrofons ergibt sich zum Beispiel aus dem Vergleich mit einem geeichten Meßmikrofon. Dabei kann man folgende Vergleichsverfahren anwenden:

Substitutionsverfahren

Man registriert zunächst die Frequenzkurve eines Lautsprechers mit einem geeichten Meßmikrofon, das anschließend entfernt und an gleicher Stelle durch das unbekannte Mikrofon ersetzt wird. Dann zeichnet man unter unveränderten Bedingungen eine zweite Frequenzkurve mit dem unbekannten Mikrofon auf.

Komparationsverfahren

Man beschallt gleichzeitig beide Mikrofone nach Bild 254. Die Mikrofone sind dabei in geringem Abstand voneinander vor dem Lautsprecher in einem echofreien Raum angeordnet. Die Ausgangsspannung des Meßmikrofons wird über einen Mikrofonverstärker auf den Kompressor des Meßgenerators gegeben und damit in gewissen Grenzen automatisch konstant gehalten. Der Pegelschreiber zeichnet die Ausgangsspannung des unbekannten Mikrofons unmittelbar in Form der gesuchten Frequenzkurve auf.

Das Komparationsverfahren ist weniger zeitraubend und daher für betriebliche Messungen besser geeignet als das Substitutionsverfahren. Wechselseitige Schallreflexionen zwischen den beiden Mikrofonen oder eine ungleichmäßige Schallabstrahlung des Lautsprechers können jedoch die Meßergebnisse beeinträchtigen.

Messung der Richtcharakteristik

Bei Studiomikrofonen interessiert außer der Frequenzkurve auch die Kurve der Richtcharakteristik. Um diese zu bestimmen, verwendet man zweckmäßig einen Drehtisch, der die entsprechenden Winkelkoordinaten abzulesen gestattet. Zur Messung selbst benutzt man einen selektiven Mikrofonverstärker (Terz/Oktavanalysator siehe auch G.II.5.6), da der Störabstand bei Breitbandverstärkung zur Registrierung der Richtungsminima nur in seltenen Fällen ausreicht. Das zu untersuchende Mikrofon wird dann dabei um 360° gedreht. Die Richtkurve kann nur in einem echofreien (schalltoten) Raum oder im Freien gemessen werden.

G. II. 5. 4. Bestimmung der Nachhallzeit und des Schallapsorptionsgrades

Zur Messung der Nachhallzeit (Seite 78) benutzt man am besten Schmalbandrauschen, daß nach Bild 255 während einiger Sekunden ausgesendet und mit Hilfe der Unterbrechertaste im Signalgenerator klickfrei abgeschaltet wird. Für große Räume werden Lautsprecheranlagen mit entsprechender Leistung benötigt.

Es hat sich gezeigt, daß die Streuung der Meßergebnisse am geringsten ist, wenn die Schallabstrahlung von einem Punkt aus gleichmäßig in alle Richtungen erfolgt. Zu empfehlen ist die Verwendung einer Lautsprechergruppe, die z. B. aus 12 Einzelsystemen besteht und die in einem gemeinsamen Gehäuse (Pentagon-Dodekaeder) untergebracht sind. Auf der Empfangsseite verwendet man ein Meßmikrofon, dessen Übertragungsmaß möglichst unabhängig von der Schalleinfallseinrichtung und dessen Frequenzgang möglichst linear für diffusen Schalleinfall sein soll.

Der Pegelschreiber zeichnet den abklingenden Schallpegel in Form einer Nachhallkurve auf. Aus dem Neigungswinkel des erhaltenen Nachhalldiagramms kann die Nachhallzeit ermittelt werden. Die Messung muß unter Änderung der Mittenfrequenz ständig wiederholt werden, da ja die Nachhallzeit stark frequenzabhängig ist. Nach dem beschriebenen Verfahren kann auch der Schallabsorptionsgrad schallschluckender Stoffe bestimmt werden.

G. II. 5. 5. Schalldämmungsmessungen

Das Verhältnis zwischen auffallender und durchgelassener Schallenergie in dB gibt die Schalldämmung z. B. einer Trennwand zweier Räume an (Seite 65). Für diese Messung kann man nach Bild 256 die gleiche Signalform, wie bei der Nachhallmessung, am zweckmäßigsten Schmalbandrauschen, benutzen. Je nach Größe der Schalldämmung und des Störabstandes ist eine entsprechende Lautsprecheranlage zur Schallerzeugung einzusetzen. Zur Bestimmung der Schalldämmung registriert man nacheinander den Pegel im Sende- und Empfangsraum. Die PegeldifTerenz zwischen dem Pegel im Senderaum und dem Pegel im Empfangsraum gibt dann für die jeweilige Mittenfrequenz des Schmalbandrauschens die Schalldämmung an.

Günstig ist es, die Umschaltung zwischen diesen beiden Mikrofonpegeln automatisch durchzuführen. Zweckmäßig setzt man dann nach Bild 256 einen Mikrofonvorverstärker mit 2 Eingangskanälen ein, der eine elektronische Umschalteinrichtung auf einen Ausgangskanal besitzt. Auf diese Weise erhält man die zueinander gehörenden Pegelwerte unmittelbar nebeneinander im Schreiberdiagramm.

G. II. 5. 6. Frequenzanalyse

Bei der Untersuchung von Störschall ist es in vielen Fällen notwendig, die Frequenzanteile des Störpegels zu analysieren, um daraus die Ursache seiner Entstehung besser zu erkennen. Dies um so mehr, als bauakustische Maßnahmen, die zur Beseitigung akustischer Störungen zumindest im Studiobau unumgänglich sind, meist eine stark frequenzabhängige Schalldämmung verursachen.

Hinzu kommt noch, daß das Ohr alle akustischen Ereignisse - und damit auch den Störschall - selektiv bewertet und daß dadurch die subjektive Störwirkung durch eine einfache Pegelmessung nicht feststellbar ist.

Mit dem in Bild 257 gezeigten Frequenzanalysator können Terz/Oktavanalysen von Schall- und Schwingungsvorgängen - auch Körperschall - präzis durchgeführt werden. Der Analysator besteht aus einem Terz/Oktavfiltersatz und einem Meßverstärker mit Pegelmesser. Er kann auch mit einem Pegelschreiber gekoppelt werden.

Der Filtersatz mit 30 Terzfiltern

Der Filtersatz enthält 30 Terzfilter mit den Mittenfrequenzen von 25 Hz bis 20 kHz und 10 Oktavfilter mit den Mittenfrequenzen von 31,5 Hz bis 16 kHz (Bild 258). Alle Filtereingänge sind parallel geschaltet, so daß die Filter in eingeschwungenem Zustand sind. Die Filterausgänge können manuell oder mit einem Schrittschaltwerk durch den Pegelschreiber abgefragt werden.

Der Pegelschreiber steuert den Filterschalter synchron zum ablaufenden Schreibpapier und zeichnet automatisch das Frequenzspektrogramm auf vorgedrucktem, frequenzgeeichtem Registrierpapier auf. Außer den Terz- und Oktavfiltern besitzt der beschriebene Analysator noch mehrere Bewertungsfilter, die den internationalen Festlegungen IEC und DIN wie folgt entsprechen:

Bewertungskurve Entspricht einer Störlautstärke von
A     30 Phon
B     60 Phon
C     90 Phon
D     120 Phon

Die moderen Auswertung mit Datensichtgeräten

Die Auswertung von Pegelschreiberdiagrammen ist oft sehr zeitraubend und in vielen Fällen ist es erforderlich, Schall- und Schwingungsverlaufe schnell zu analysieren und Veränderungen an Spektren kurzzeitig zu erfassen. Dies kann man erreichen, wenn man die parallelen Terzfilterkanäle elektronisch abfragt.

Synchronisiert man die Abfrageschaltung (Bild 260) mit einem Sichtgerät, so kann man Schall- und Schwingungsvorgänge exakt während ihrer zeitlichen Abläufe bestimmen und die ermittelten Signalpegel als Echtzeitwerte registrieren.

Die Funktionen des Analysators sind dabei dem vorher beschriebenen ähnlich. Der Ausgang eines jeden Filters endet auf einem elektronischen Schalter (FET-Gatter), der sein Arbeitssignal von einem Multiplexer erhält. Der Multiplexer wird synchron vom Kontrollgerät zur Anzeige der Pegelwerte auf dem Bildschirm gesteuert. Für digitale Weiterverarbeitung der Signale - z. B. für statistische Auswertungen - kann er auch von einem externen Datenempfangsgerät Befehle erhalten. Die elektronischen Schalter werden so gesteuert, daß nacheinander die Gleichsignale von jedem Filterkanal über einen Pufferverstärker zum Sichtgerät übertragen werden. In jedem Kanal befindet sich außerdem ein Speicherkreis, der auf drei Arten der Signaldarstellung umgeschaltet werden kann. In Position „kontinuierlich" stimmt die Anzeige mit dem momentan ermittelten Effektivwert überein. In Stellung „speichern" wird der Effektivwert festgehalten, der zum Zeitpunkt der Betätigung der
Speichertaste ermittelt wurde. Bei „speichern Maximalwert" schließlich wird der höchste Effektivwert, der während der Dauer des Tastendruckes registriert wurde, als Meßwert angezeigt.

Der beschriebene Analysator kann als normales Spektrometer, als Präzisionsschall- pegelmesser oder auch als Impulsschallpegelmesser verwendet werden. Die über die Filterkanäle abgefragten Signale sind Wechselgrößen, deren Effektivwerte im Gleichrichter des Meßverstärkers ermittelt werden und an einem Instrument mit umschaltbarer zeitlicher Bewertung angezeigt werden können. Durch die Kombination mit einem Sichtgerät (Bild 261) kann das Frequenzspektrum auf einer 12"-Bildröhre als Säulenschaubild dargestellt werden. Die Anzeige des Sichtgerätes umfaßt den Bereich von 22,4 Hz bis 45 kHz. Daraus ergeben sich 33 Säulen für die Terzfilterpegel und 5 Säulen, die die Pegel der Bewertungsfilter A, B, C und D sowie den Signalpegel eines Linearfilters (Bereich 22,4 Hz bis 22,4 kHz) anzeigen.

Für die Y-Achse können die Anzeigenmaßstäbe mit 50dB, 25dB und 10dB, sowie eine lineare Teilung gewählt werden. Die Maßstabsteilungen werden auf der Bildröhre elektronisch erzeugt. Die Ablenkfrequenz für die X-Achse beträgt ca. 47 Hz und ist mit dem Abfragetakt der Filter synchron. Das gesamte Frequenzspektrum wird also 47mal in der Sekunde neu abgebildet. Die X-Skala ist mit den Mittenfrequenzen der Terzfilter gekennzeichnet.

Analoge Auslesung

Die Analoginformation aller Filterkanäle kann als Gleichsignal zur Registrierung einem Pegelschreiber zugeführt werden. Die Abfrageschaltung wird dabei extern vom Pegelschreiber gesteuert. Die Aufzeichnung erfolgt in bekannter Weise.

Digitale Auslesung

Die Digitalinformationen aller Filterkanäle sind im BCD-Code in 8-4-2-1-Form verfügbar. Damit besteht auch noch die Möglichkeit, die Anlage mit einem Kleinrechner zu koppeln, um die Vorteile der Echtzeitanalyse zur schnellen automatischen Berechnung eines zu untersuchenden Spektrums auszunutzen. In diesem Falle wird das Auslesen der Informationen und die Steuerung der Funktionen des Analysators vom Rechner übernommen.

Anmerkung :

Das sind natürlich alles völlig veraltete Technologien, die mit jedem handelsüblichen PC oder inzwischen jedem Notebook um Klassen und Dimensionen besser dargestellt werden können. Aber wir waren hier im Jahr 1974 bis 1978, als die Digitalisierung gerade anfing.

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