{"id":10800,"date":"2024-11-04T12:57:26","date_gmt":"2024-11-04T11:57:26","guid":{"rendered":"https:\/\/www.donhighend.de\/?page_id=10800"},"modified":"2024-11-13T10:25:42","modified_gmt":"2024-11-13T09:25:42","slug":"messen-fuegen-simulieren-so-easy","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.donhighend.de\/?page_id=10800","title":{"rendered":"Messen, F\u00fcgen, Simulieren – einfach erkl\u00e4rt"},"content":{"rendered":"

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Unendlich viele DIY Einsteiger w\u00fcnschen sich, eigen- und selbstst\u00e4ndig ihren Traumlautsprecher zu entwickeln. Immer wieder sieht man, selbst in vermeintlichen Fachforen, dass Anf\u00e4ngerfragen zum Messaufbau, der Durchf\u00fchrung und Verarbeitung von verwertbaren Messungen f\u00fcr sp\u00e4tere Simulationen nicht, oder nur unzureichend beantwortet werden. Dabei ist es gar nicht schwierig, mit einem brauchbaren Mess-Setup in entsprechender Umgebung korrekte Messungen einzufangen und sie f\u00fcr die Verarbeitung in Simulationsprogrammen aufzubereiten. Die folgende Anleitung soll dem geneigten DIY Anf\u00e4nger die Angst vor der Messerei nehmen und ihm in einfachen Worten aufzeigen, mit welchen Handgriffen er Schritt f\u00fcr Schritt verwertbare Messungen anfertigt.<\/p>\n

In dieser Anleitung gehe ich nicht auf das Mess Setup selbst ein. Die Einzelheiten dazu sind in den Anleitungen und Kompendien der jeweiligen Mess-Software hinreichend beschrieben und diesen zu entnehmen. Ein korrekter (semi-)zweikanaliger Aufbau des Setups wird vorausgesetzt. Die im folgenden beschriebene Anleitung funktioniert nur mit einem solchen Aufbau. Auch die beliebten und verbreiteten USB-Mikrofone wie UMIK oder Dayton UMM-6 etc. sind nicht geeignet.\u00a0<\/span><\/p>\n

Die einzelnen Schritte werden am Beispiel der Software ARTA erl\u00e4utert. Sie sollten sich auch auf andere Software, wie z. B. REW wenigstens teilweise \u00fcbertragen lassen. Da ich ausschlie\u00dflich mit ARTA arbeite, kann ich eventuell auftauchende Detailfragen zu anderer Software nicht beantworten. Ein- und Umsteigern empfehle ich klar ARTA. Warum das so ist, beantwortet sich im weiteren Verlauf dieser Abhandlung.<\/p>\n

Bevor wir aber mit den einzelnen Schritten der Messerei beginnen, m\u00fcssen wir zun\u00e4chst \u00fcberlegen, wo wir die Messungen vornehmen k\u00f6nnen bzw. wollen. Grunds\u00e4tzlich gilt, dass ein unendlich gro\u00dfer Raum ohne begrenzende W\u00e4nde\u00a0 das theoretische Ideal darstellt. Nat\u00fcrlich ist ein solcher Raum real nicht zu finden, und deswegen verf\u00fcgen gro\u00dfe Lautsprecherhersteller, oder auch Universit\u00e4ten mit entsprechender Fachrichtung reflektionsarme R\u00e4ume, die dieser Theorie so gut es geht folgen. Es handelt sich um sehr gr\u00f6\u00dfe R\u00e4ume, die rundum mit sehr dickem, schallabsorbierendem Material ausgekleidet sind. Der Boden ist i. a. R. auf halber Raumh\u00f6he als m\u00f6glichst reflektionsarmes Stahlgeflecht ausgef\u00fchrt. Das zu messende Objekt und nat\u00fcrlich auch die Messelektronik befinden sich auf dieser Ebene und sind von allen begrenzenden W\u00e4nden, dem wirklichen Boden und der Decke weitestm\u00f6glich entfernt.<\/p>\n

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RAR TU Berlin<\/p>\n

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Das schallabsorbierende Material, mit welchem solche RAR ausgekleidet sind, verhindert Reflektionen, die die Messungen verf\u00e4lschen w\u00fcrden. Leider sind aber die M\u00f6glichkeiten, die ein solcher RAR bietet, auch i. a. R. begrenzt. Die „besseren“ RAR erlauben aber Messungen bis zu vielleicht 50 Hz hinab. Nat\u00fcrlich haben wir als Hobbyisten keinen Zugriff auf einen RAR, so dass wir uns mit in den meisten F\u00e4llen mit normalen Wohnraum Bedingungen zufriedengeben m\u00fcssen.<\/p>\n

Um die Gegebenheiten des Raumes, in welchem die Messung stattfinden soll, so gut wie m\u00f6glich auszusch\u00f6pfen, sollten alle begrenzenden W\u00e4nde m\u00f6glichst weit vom unmittelbaren Messbereich entfernt sein. Mein Messraum ist nahezu quadratisch mit einer Kantenl\u00e4nge von etwa 4,5 x 4,5 Meter. Die Deckenh\u00f6he betr\u00e4gt ungef\u00e4hr 2,65 Meter.\u00a0 In diesem Messraum positioniere ich den zu messenden Lautsprecher so, dass sich bei einem 2-Weger der Bereich zwischen TMT und HT auf halber Raumh\u00f6he befindet. So ist gew\u00e4hrleistet, dass TMT und HT in etwa gleich weit von Boden und Decke entfernt sind. Auf einen cm kommt es meist nicht an. Wichtig ist auch, dass der ggfs. mit einem St\u00e4nder o. \u00c4. unterbaute Lautsprecher keine Kanten unterhalb „sieht“. Der Unterbau sollte keineswegs \u00fcber die Seiten oder den Boden des zu messenden Lautsprechers hinausragen.<\/p>\n

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\"\"Lautsprecher auf Messh\u00f6he<\/p>\n

Gemessen wird im besten Falle diagonal im Raum. Lautsprecher und Mikrofon werden so positioniert, dass sich der gedachte Mittelpunkt der Messentfernung von 1 Meter in der diagonalen Raummitte befindet. Das Mikrofon wird auf H\u00f6he des Hocht\u00f6nermittelpunkts gebracht.<\/p>\n

\"\"Prinzipskizze Messaufbau diagonal im Raum<\/p>\n

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Messaufbau diagonal im Raum<\/p>\n

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Ferner ist dringend darauf zu achten, bei Winkelmessungen die korrekte Drehachse einzuhalten. Das hei\u00dft, dass sich die Vorderkante der Schallwand in der Drehachse befinden muss. Nur so ist gew\u00e4hrleistet, dass die Entfernung von der Schallwand zum Mikrofon auch bei Drehung des Lautsprechers im Rahmen der M\u00f6glichkeiten identisch bleibt.<\/p>\n

\"\"Drehachse des zu messenden Lautsprechers<\/p>\n

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Das war es auch schon weitgehend. Zus\u00e4tzlich sei angemerkt, dass alle Gegenst\u00e4nde, die im Messraum verbleiben, m\u00f6glichst weit vom Messbereich entfernt sein sollen. Schr\u00e4nke, Regale, oder andere Dinge, z. B. auch der auf dem Bild ersichtliche Tisch an der Fensterwand, verbleiben selbstverst\u00e4ndlich im Raum. Kleine Dinge, wie Kartons, Hocker etc. einfach so weit wie m\u00f6glich an die W\u00e4nde schieben, und schon kann es losgehen. Der Lautsprecher wird im 0\u00b0 Winkel zum Mikrofon ausgerichtet, und die erste Messung wird gestartet.<\/p>\n

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Messimpuls ohne Fensterung<\/p>\n

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Der oben gezeigte Messimpuls f\u00fchrt bei der Darstellung als Frequenzgang zu folgendem Verhalten.<\/p>\n

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Frequenzgang und Phasen ohne Fensterung<\/p>\n

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Da sich in einem \u00fcblichen Wohnraum durch seine Gr\u00f6\u00dfe deutlich fr\u00fcher Reflektionen bilden als in einem optimierten gro\u00dfen RAR, m\u00fcssen diese Reflektionen, die die Messung verf\u00e4lschen, ausgeblendet werden. Dazu setzen wir ein Fenster, welches den Bereich von kurz vor dem Messimpuls und kurz vor der ersten Reflektion umfasst. Bei ARTA positioniert man dazu den Cursor (gelb) vielleicht zwei Millimeter vor der Impulsantwort und den Marker (rot) kurz vor der ersten Reflektion, die sich in der Messung deutlich zeigt.<\/p>\n

\"\"Messimpuls mit Fensterung (Gate 4,921ms)<\/p>\n

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Diese Vorgehensweise bringt einen gro\u00dfen Vorteil, aber auch einen Nachteil mit sich. Der Vorteil ist, dass sich eine vollkommen saubere Messkurve ergibt, die, und das ist der Nachteil, nur bis in den unteren Mitteltonbereich bzw. Oberbass G\u00fcltigkeit hat. Tiefere Frequenzen „passen“ nicht in das Messfenster. Das hier gesetzte Fenster ist 4,921ms gro\u00df, was einer G\u00fcltigkeit der Frequenzgangdarstellung bis theoretisch rund 200 Hz entspricht. ARTA zeigt dies durch den gelben Balken im unteren Bereich des Diagramms an. Da die Genauigkeit im Grenzbereich jedoch ein wenig veschwimmt, sollte man der Messung erst ab vielleicht 300 Hz sein volles Vertrauen schenken. Oftmals kann es hilfreich sein, das Fenster nicht bis zum \u00c4u\u00dfersten auszureizen, denn beim Einzoomen des Messimpulses zeigen sich oft schon kleinere Artefakte ein St\u00fcckchen vor der ersten Reflektion. Hier kann man durchaus probieren, das Fenster „nach hinten“ ein paar Pixel fr\u00fcher zu schlie\u00dfen.<\/p>\n

\"\"Frequenzgang und Phase mit Fensterung<\/p>\n

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Das soll uns aber zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht st\u00f6ren, denn es gilt als n\u00e4chstes Winkelmessungen anzufertigen. Dazu drehen wir den Lautsprecher in die Position 15\u00b0 und fertigen eine entsprechende Messung an. Und dabei ist eines ganz wichtig: Das zuvor eingestellte Messfenster darf nicht mehr ver\u00e4ndert werden!!!<\/span> Alle weiteren Winkelmessungen, auch die vom Hocht\u00f6ner, werden in dem bei der ersten Messung eingestellten Fenster angefertigt. Diese Vorgehensweise garantiert die korrekte Erfassung der Phaseninfornmation in den Messungen. Diese ist wichtig, um \u00fcber eine Simulation eine funktionierende Frequenzweichenschaltung entwickeln zu k\u00f6nnen. Einfach ausgedr\u00fcckt handelt es sich bei der Phaseninformation um den Faktor Zeit, den der Schall auf dem Weg von seinem Entstehungspunkt zum Mikrofon ben\u00f6tigt. Nur wenn diese Information in der Messung enthalten ist, kann bei der Dimensionierung der Frequenzweichenschaltung im Bereich der geplanten \u00dcbernahmefrequenz die Phase so eingestellt werden, dass sich ein sauberer \u00dcbergang ohne \u00dcberh\u00f6hungen oder Einbr\u00fcche ergibt. In 99,9% aller F\u00e4lle empfiehlt es sich, mit dem T(M)T zu beginnen, da die Laufzeit seines Schalls zum Mikrofon l\u00e4nger ist, als die des Hocht\u00f6ners, auf dessen H\u00f6he sich ja das Mikrofon befindet. Nur in ganz wenigen F\u00e4llen, wenn z. B. ein T(M)T mit sehr flacher Membran und ein sehr tief bauendes Horn miteinander kombiniert werden, kann die Laufzeit beim Horn-HT l\u00e4nger sein, als beim T(M)T. In diesen F\u00e4llen hilft nur ein Test, welches der beiden Chassis die Grenze f\u00fcr das Fenster markiert.<\/p>\n

Wenn man im Vorfeld f\u00fcr den T(M)T bereits eine Geh\u00e4usesimulation auf Basis der TSP angefertigt hat, reichen die Fernfeldmessungen von T(M)T und HT aus, um eine sinnvoll funktionierende Weichenschaltung f\u00fcr seinen Lautsprecher zu designen. Das Verhalten im Bass, welches die Fernfeldmessungen nicht zeigen, kennt man aus der Geh\u00e4usesimu, und man kann es sich unterhalb des Baffle Steps, der in diesem Beispiel ab etwa 400 Hz beginnt, dazudenken. Wenn gew\u00fcnscht, kann man nat\u00fcrlich auch noch Nahfeld- und ggfs. Portmessungen anf\u00fcgen. Diese sollte man aber dann vor den Fernfeldmessungen anfertigen, um nach den Fernfeldmessungen die Mikrofonposition nicht mehr ver\u00e4ndern zu m\u00fcssen.<\/p>\n

F\u00fcr Messungen im Nahfeld wird das Mikrofon etwa 3-5mm vor die Dustcap, bzw. den Port ger\u00fcckt und je eine Messung angefertigt. Damit das Messsystem nicht \u00fcbersteuert, muss nat\u00fcrlich der Pegel reduziert werden. Bei ARTA kann dieser im „Impulse Response Measurement“ Fenster um bis zu 20dB reduziert werden. Der Vorteil bei ARTA ist, dass der im Messfenster angezeigte Pegel bei zweikanaligem Aufbau immer korrekt angezeigt wird, unabh\u00e4ngig von der tats\u00e4chlichen Lautst\u00e4rke. Das erleichtert die korrekte Skalierung der Port\/Nahfeld-Messung zur Fernfeldmessung ungemein, da beim sp\u00e4teren Merging in VituixCAD der korrekte Pegel \u00fcber die Eingabe der Entfernungsdifferenz bei den Messungen und die abstrahlenden Fl\u00e4chen von Port und Membran automatisch erfolgt.<\/p>\n

\"\"Pegelreduzierung in ARTA<\/p>\n

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Leider bietet REW dieses Feature\u00a0 nach meinem Kenntnisstand nicht, so dass bei der notwendigen Reduzierung der Messlautst\u00e4rke auch ein verringerter Pegel in der Frequenzgangdarstellung angezeigt wird. (Sollte das Feature bei REW ebenfalls vorhanden sein, bitte ich um kurze Info. Nat\u00fcrlich werde ich diesen Passus dann entsprechend \u00e4ndern.)<\/p>\n

Nachdem wir also das Mikrofon etwa 3-5mm vor der Dustcap positioniert und den Messpegel soweit reduziert haben, dass die Messsoftware nicht \u00fcbersteuert, fertigen wir die Nahfeldmessung an.<\/p>\n

\"\"Messimpuls Nahfeldmessung<\/p>\n

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Da wir den Bassbereich nicht ausblenden wollen, d\u00fcrfen wir hier nat\u00fcrlich kein Fenster setzen. Das brauchen wir auch nicht zu tun, denn st\u00f6rende Reflektionen und auch ein Effekt durch den Baffle Step werden durch die N\u00e4he des Mikrofons zur Membran ausgeblendet.<\/p>\n

\"\"Frequenzgang mit Phase Nahfeldmessung<\/p>\n

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Wir sehen einen st\u00f6rungsfreien Frequenzgang ohne Reflektionen und auch ohne den Effekt des Baffle Steps. Da es sich in diesem Beispiel um einen geschlossenen Lautsprecher handelt, der sp\u00e4ter mit einem GHP Kondensator betrieben wird, gibt es keine Portmessung. Eine solche w\u00fcrde nach dem gleichen Muster, etwa 3-5mm mittig vor dem Port durchgef\u00fchrt.<\/p>\n

Nun gilt es, die Nahfeldmessung mit den Fernfeld-Winkelmessungen zu mergen. ARTA bietet diese M\u00f6glichkeit zwar auch, aber es ist notwendig, dies entweder schon w\u00e4hrend der Messungen zu erledigen, oder im Nachgang mit abgespeicherten Messungen. Letzteres erfordert aber eine kostenpflichtige Lizenz, welche inzwischen nicht mehr angeboten wird. ARTA ist aber noch als Download verf\u00fcgbar und als kostenlose Version in vollem Umfang funktionsf\u00e4hig, bis auf das Abspeichern der Messdateien. Der Export und die Aufbereitung der Messungen ins .txt oder .frd Format und somit eine Verwertung in Simuprogrammen ist nat\u00fcrlich m\u00f6glich.<\/p>\n

Viel einfacher und ohne gro\u00dfe Rechnerei ist ein Merging in VituixCAD m\u00f6glich. Dazu importiert man die gewonnenen Messungen in das „Merger Tool“.\u00a0 Dort gibt man, wie bereits erw\u00e4hnt, die Fl\u00e4chen (Sd) von Chassis und ggfs. Port ein, sowie die Entfernungsdifferenz zwischen Nah- und Fernfeldmessung. Das klingt sehr einfach, aber das alleine reicht noch nicht f\u00fcr ein korrektes Merging. Die Software ben\u00f6tigt n\u00e4mlich die Abmessungen der Schallwand und die Position des Chassis auf dieser, damit der Effekt des Baffle Step ber\u00fccksichtigt werden kann. Boxsim und ARTA k\u00f6nnen dies \u00fcber die Eingabe der Schallwandabmessungen. VituixCAD erfordert eine etwas andere Vorgehensweise. Entweder tr\u00e4gt man den Beginn des Baffle Step Effekts „auf ungef\u00e4hr“ in Hz ein, oder man erstellt \u00fcber das „Diffracion Tool“ eine entsprechende Kurve, die in das „Merger Tool“ geladen werden kann.<\/p>\n

Im „Diffraction Tool“ tr\u00e4gt man die Eckdaten seiner Lautsprecher ein, n\u00e4mlich den Wert Sd f\u00fcr die Fl\u00e4che der Membran, die Dimensionen der Schallwand, die Position des TMT auf der Schallwand, eventuelle Fasen und die Position des Mikrofons, die der des Hocht\u00f6ners entspricht. Bei Fernfeldmessungen sieht die Anleitung von VituixCAD vor, f\u00fcr die H\u00f6rentfernung Werte zwischen 5000 und 30000mm einzutragen. Mit dem Wert 15000mm haben sich bislang sehr gute Ergebnisse erzielen lassen. Ein wenig rauf oder runter macht den Braten nicht fett. Mehr wird f\u00fcr die Erstellung einer Diffraction Kurve nicht ben\u00f6tigt. Die aus den eingegebenen Daten resultierende Kurve exportieren wir, um sie im n\u00e4chsten Schritt im „Merger Tool“ zu verarbeiten.<\/p>\n

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Erstellung einer Diffraction Kurve im Diffraction Tool<\/p>\n

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In das MergerTool wird nun die Nahfeldmessung im Bereich „Low frequency part“ importiert und anschlie\u00dfend der Wert f\u00fcr Sd (hier 95cm\u00b2) eingetragen. Ein gesetztes H\u00e4kchen bei „BS“ best\u00e4tigt, dass das Chassis und ggfs. auch der Port auf der Front sitzen. Nun wird der Punkt „Diffraction Response“ angeklickt und die zuvor erstellte Kurve bei „Diffraction response 5-30m“ eingegeben. In den Bereich „High frequency part“ l\u00e4dt man dann seine Fernfeld(winkel)messungen.<\/p>\n

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Merger Tool mit importierten Nah- und Fernfeldmessungen, sowie Sd und 1 Meter Entfernungsdifferenz<\/p>\n

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Die automatisch vorgegenene Entfernungsdifferenz zwischen Nah- und Fernfeldmessung von 1000mm ist nat\u00fcrlich nur eine grobe Angabe, so dass die Pegelverh\u00e4ltnisse zwischen Nah- und Fernfeld nicht ganz genau zusammenpassen. Das liegt daran, dass als Messdistanz der tats\u00e4chliche SEO (Schallentstehungsort) angegeben werden m\u00fcsste. Der liegt auf der Ebene der Schwingspule und kann deswegen nicht exakt bestimmt werden. Um dennoch korrekte Verh\u00e4ltnisse zu schaffen, skaliert man den Nahfeldanteil einfach passend zur Fernfeldmessung.<\/p>\n

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Merger Tool mit importierten Nah- und Fernfeldmessungen, sowie Sd und korrigiertem Nahfeldpegel<\/p>\n

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Im vorliegenden Beispiel wurde der Pegel der Nahfeldmessung um 1,5dB abgesenkt. Die Pegelverh\u00e4ltnisse passen nun perfekt. Etwas weiter oben im Text wurden 300Hz als hinreichend genaue Frequenz f\u00fcr ein Merging bestimmt, so dass der Cursor bei dieser Frequenz gesetzt wird. Mit einem Klick auf „Merge“ werden die gef\u00fcgten Frequenzg\u00e4nge abgespeichert. Sie sind nun f\u00fcr eine perfekte Simulation verwertbar.<\/p>\n

Nun m\u00fcssen noch die Impedanzverl\u00e4ufe der Chassis im eingebauten Zustand gemessen und mit der elektrischen Phase gespeichert und in VituixCAD importiert werden.<\/p>\n

Die Simulation kann beginnen. Good Luck…<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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