Nachhallmessung per Impulsantwort

Die Messung von Nachhallzeiten von Räumen ist in Normen (DIN 18041) festgelegt. An dieser Norm und deren Messmethode hat einige Kritikpunkte (z.B. VDT Magazin 2009, Heft 2, Seite 53ff). Hier wird die Anregung mittels Messlautsprechern gemacht. Das ist ein Schwachpunkt, denn die Eigenschaften von Lautsprechern im allgemeinen sind wenig perfekt, haben aber wesentlichen Einfluss auf das Ergebnis. Der Aufwand für eine solche Messung ist hoch, man ist für den Lautsprecher praktisch auf ein ganz bestimmtes Produkt festgelegt.

Im Prinzip kann eine solche Messung auch über eine Fourier-Transformation der Impulsantwort auf einen Dirac-Stoss erzielt werden. Das hat auch so seine Probleme, denn der Dirac-Stoss lässt sich auch nur annähern. Teilweise wird versucht dies über Pistolenschüsse zu machen, was zwar einen guten Gesamtenergieeintrag ergibt, aber eher einem kurzen Rauschpuls als einem Dirac-Stoss ähnelt. Mit Funken-Knallgeneratoren erreicht man bessere Näherung an einen Dirac-Stoss. Dann benötigt man nur noch ein brauchbares Mikrofon, also eines mit hoher Schalldrucktoleranz und weitem Frequenzgang. Da gibt es reichliche Auswahl.

Hier ein Beispiel mit einem Funken-Knallgenerator, der Impulse mit weniger als 10 µs als nahezu perfekte Punktquelle erzeugt, die aber nur ca. 110 dB (1 m) Schalldruck erreichen. Da die eingetragene Gesamtenergie damit recht klein ist, ist der Rauschpegel im Messignal leider entsprechend hoch. Dennoch kann man das Nachhallverhalten in dieser Aufnahme sehr schön in Anhängigkeit der Frequenz sehen. In der zitierten Norm wird die Messung auch nur für einen Abfall von -10 dB gemessen und dann auf -60 dB extrapoliert.

In der Grafik sind leider auch Artefakte erkennbar: Die zwischen den Knallereignissen von 32 KHz auf 35 kHz ansteigenden Linien sind tatsächlich vorhandene Geräusche des Wandlers, der die Hochspannung für den Knallgenerator erzeugt. Die Dämpfung oder Vermeidung dieses Geräusches hat sich als schwierig erwiesen. Oberhalb von 60 KHz ist ein starker Anstieg von Rauschen zu sehen, die Ursache ist nicht bekannt. Die spektrale Form lässt jedoch Noise-Shaping vermuten. Das ist plausibel: Der AD-Wandler ist ein Cirrus Logic® CS5361 in einer Asus Xonar U7 Soundkarte. Die Abtastung erfolgte mit 192 kHz, 24 bit. Dieser ADC-Chip enthält einen Sigma-Delta Mehrbit-Wandler mit nachfolgendem Filter, welcher vermutlich die Ursache für das hochfrequente Rauschens ist. Für die Praxis ist dieses Rauschen jedoch unbedeutend.

Der Knallgenerator erzeugt aus einem Akku mit einem kleinen Gegentaktwandler eine Spannung von 630 V, mit der ein Impulskondensatorpaar (2×3,3 µF) geladen wird. Die Kondensatoren führen zu einer Funkenstrecke. Die Funkenstrecke besteht aus Wolframdrähren von 0,7 mm Durchmesser, der Elektrodenabstand von 1 mm ergibt eine Überschlagspannung von ca. 1600 V. Wenn die Spannung von 630 V erreicht ist erzeugt ein Hochspannungsgenerator mit einer kleinen Zündspule einen 5 kV Zündimpuls der die Funkenstrecke zündet, so dass die Kondensatoren sich entladen. Das ist nach ca 6…8 µs abgeschlossen. Der erzeugte Knall ist durchaus schmerzhaft in den Ohren, zumindest in geringer Entfernung.

2016-05-10