"Wow" und "Flutter" sind Begriffe aus der Audiotechnik, die die Abweichungen in der Wiedergabe von Tonspuren beschreiben. "Wow" bezieht sich auf eine langsame periodische Verzerrung des Klangs, während "Flutter" eine schnellere Variation des Klangs beschreibt. Die deutsche Bezeichnung ist Gleichlaufschwankungen.
"Wow" tritt auf, wenn sich die Geschwindigkeit des Abspielgeräts leicht ändert, was zu einer langsamen Schwankung in der Tonhöhe führt. Es kann auch durch ungleichmäßige Abnutzung verursacht werden. "Flutter" dagegen wird durch schnelle Veränderungen in der Abspielgeschwindigkeit verursacht, die normalerweise durch Vibrationen entstehen.
Wow und Flutter können störende Auswirkungen auf die Klangqualität haben und beeinträchtigen insbesondere bei Aufnahmen mit hoher Klangqualität das Hörerlebnis. Um sie zu minimieren, verwenden professionelle Audioaufnahmen und Wiedergabegeräte spezielle Technologien wie Servo-Systeme und Quarzstabilisatoren, um eine präzise und konstante Geschwindigkeit zu gewährleisten.
Gleichlaufschwankungen treten im wesentlichen bei Schallplattenspielen und Bandaufzeichnungsmaschinen auf. Bei professionellen Tonbandmaschinen wird ein hoher technischer Aufwand betrieben, um solche Effekte zu minimieren. Problematisch sind vielfach die einfacheren Kassettenrekorder.
In der digitalen Audiotechnik sind Gleichlaufschwankungen kein Problem mehr, da die Geschwindigkeit der Wiedergabe von digitalen Aufnahmen digital gesteuert wird. Die Taktsignale werden von Quarzoszillatoren abgeleitet. Deren Abweichungen liegen bei ca. 20ppm und damit um Größenordnungen unterhalb von mechanischen Konstruktionen. Absolute Tonhöhenverschiebungen sind in dieser Größenordnung unhörbar, allerdings treten in digitalen Systemen, je nach Aufbau, sehr schnelle Schwankungen auf, der als "Jitter" bezeichnet wird.
Gemäß IEC60386 werden folgende Begriffe definiert:
Flutter: Schnelle Gleichlaufschwankungen Unerwünschte Form von Frequenzmodulation mit Frequenzen oberhalb 10 Hz bis etwa 100Hz, mit der das Signal während des Aufnahme-/Wiedergabevorgangs durch eine unregelmäßige Bewegung des Aufnahmemediums moduliert wurde. Dieser Effekt macht sich als Rauhigkeit bemerkbar.
Wow: Langsame Gleichlaufschwankungen Unerwünschte Form von Frequenzmodulation mit Frequenzen von 0,1Hz bis 10 Hz, mit der das Signal während des Aufnahme-/Wiedergabevorgangs durch eine unregelmäßige Bewegung des Aufnahmemediums moduliert wurde. Dieser Effekt macht sich als "Jaulen" bemerkbar.
Drift: Schlupf Langsame Anderung der Geschwindigkeit des Aufnahmemediums wahrend Aufnahme und Wiedergabe. Durch Drift wird die Tonhöhe langsam verändert. Dieser Effekt ist nicht so auffällig.
Bei mechanischen Audiogeräten sind Gleichlaufschwankungen unvermeidlich. Durch aufwendige Konstruktionen kann der Anteil jedoch erheblich gesenkt werden.
Die wichtigsten Maßnahmen zur Verringerung der Gleichlaufschawankungen sind:
Masse bzw. Trägheitsmoment: Durch große rotierende Massen können Schwankungen der Drehzahl minimiert werden. Gerade bei Schallplattenspielern im high-end Bereich wird hiervon gerne Gebrauch gemacht, da große Massen die Wertigkeit eines Gerätes unterstreichen.
Regelkreis (servo). Bei servo-geregelten Geräten wird die Drehzahl kontinuirlich gemessen und in einem geschlossenen Regelkreis (closed-loop) nachgeführt. Der Regelkreis kann rein analog oder digital ausgeführt sein. Rein äusserlich wirken solche Lösungen natürlich nicht so imposant gegenüber einem 50kg Drehteller. Je nach Auslegung des Regelkreises sind solche Lösungen messtechnisch überlegen. Zudem bleiben die Geräte tragbar. Servo-Ansätze findet man hauptsächlich in professionellen Bandmaschinen. Hier werden auch bewußt an kritischen Stellen hohe Trägheitsmomente eingebaut, um minimale Gleichlaufschwankungen zu erzielen. Bei high-end Schallplattenspielen sind solche Konzepte umstritten, da mehr Komponenten in den Klang eingreifen. Hier verläßt man jedoch schnell den Bereich der Messtechnik und gelangt in die Esoterik.
Gleichlaufschwankungen werden mit einem speziellen Messgerät, dem Wow-und-Flutter-Meter, gemessen. Das Gerät misst die Abweichungen der Tonhöhe oder Geschwindigkeit des Audiosignals über eine bestimmte Zeitspanne und zeigt die Werte an.
Für Messungen der Gleichlaufschwankungen werden Referenzaufnahmen benötigt. Diese enthalten einen Ton der Frequenz 3150Hz oder 3000Hz.
Das Messgerät bestimmt die Abweichungen zum Referenzton und wertet diese statistisch aus. Die gemessenen Abweichungen werden in Prozent angegeben und können auch als Kurve dargestellt werden, um die Schwankungen über die Zeit hinweg zu visualisieren.
Gleichlaufschwankungen können nicht einfach mit einem Oszilloskop bestimmt werden.
Ein Gerät zur Messung der Gleichlaufschwankungen ist ein komplexes und hoch spezialisiertes Messgerät und besteht aus folgenden Komponenten:
Die folgende Grafik zeigt die Bewertungskurve nach IEC60386
Gleichanteile DC werden durch dieses Filter nicht durchgelassen, daher fließt die absolute Frequenzabweichung nicht in den bewerteten Messwert ein. Die Frequenzabweichung wird seperat ermittelt.
Eigenständige Geräte zur Messung der Gleichlaufschwankungen sind heutzutage nicht mehr gebräuchlich.
Vielmehr findet man diese Funktion in hochwertigen Audio-Analysatoren wie der APx Serie von Audio Precision oder unsererem Software basierten Messsystem WinaudioMLS.
Es gibt verschiedene Normen und Standards, die die Messung von Gleichlaufschwankungen standardisieren. Die wichtigsten sind:
IEC60386:1995: Meßverfahren für Geschwindigkeitsschwankungen bei Tonaufzeichnungs- und -wiedergabegeräten (IEC 60386:1972 + A1:1988) Diese Norm legt die Methode zur Messung von Wow und Flutter für analoge Audio-Aufzeichnungen auf Band fest. Sie beschreibt die Verwendung eines Wow-und-Flutter-Meters und definiert die Testbedingungen sowie die Messverfahren.
AES6-2008: Dies ist eine Empfehlung der Audio Engineering Society (AES) für die Messung von Wow and Flutter. Die Begriffe werden in dieser Norm etwas abweichend zur IEC60386 definiert.
Drift/Schlupf: Frequenzmodulation des Signals im Bereich unter etwa 0,5 Hz führt zu Verzerrungen, die ggf. als langsame Änderung der durchschnittlichen Tonhöhe wahrgenommen werden. ANMERKUNG Die Driftmessung wird von dieser Norm nicht behandelt
Wow: Frequenzmodulation des Signals im Bereich von etwa 0,5 Hz bis 6 Hz führt zu Verzerrungen, die als Schwankung der Tonhöhe eines Tons wahrgenommen werden.
Flutter: Frequenzmodulation des Signals im Bereich von etwa 6 Hz bis 100 Hz führt zu Verzerrungen, die als Rauhigkeit wahrgenommen wird
In dieser Rubrik finden Sie Artikel zu Themen von Hifi-Geräten. Wir decken dabei Themen ab von low-cost bis hi-end.
Ein Audio-Analysator ist ein elektronisches Messgerät, das verwendet wird, um die Eigenschaften von Audio-Signalen zu analysieren. Es kann in vielen verschiedenen Anwendungen verwendet werden, einschließlich der Geräteentwicklung, Produktion, Tontechnik, Musikproduktion, akustischen Forschung, und mehr.
Das Gerät kann verschiedene Parameter des Audio-Signals messen und anzeigen, wie z.B. Frequenzspektrum, Amplitudenverteilung, Phasenverschiebung, und Signal-Rausch-Verhältnis. Dies ist besonders nützlich, um unerwünschte Störanteile zu identifizieren, Frequenzverzerrungen zu korrigieren und die Qualität von Audioaufnahmen und -wiedergabe zu verbessern.
Ein moderner Audio-Analysator ist heutzutage digital aufgebaut und besteht aus mehreren Komponenten: Einem Vorverstärker, einem A/D-Wandler und einem Prozessor, der die Messungen verarbeitet und anzeigt.
Der Vorverstärker passt den Signalpegel so an, dass er vom A/D-Wandler verarbeitet werden kann. Der A/D-Wandler wandelt das analoge Audio-Signal in ein digitales Signal um, das der Prozessor des Audio-Analysators verarbeiten kann.
Ein wichtiger Aspekt des Audio-Analysators ist das Frequenzspektrum (FFT), das die Frequenzverteilung des Audio-Signals zeigt. Erst durch moderne digitale Technik, können solche Funktionen effizient integriert werden. Ein Frequenzspektrum ist sinnvoll, um herauszufinden, welche Frequenzen dominant sind und ob es Abweichungen im Frequenzgang gibt. Mit einer solchen Darstellung können auch Verzerrungen (Harmonische) und Intermodulationsprodukte bestimmt werden. Die meißten modernen Geräte sind auch in der Lage, den Frequenzgang des Audio-Signals in Echtzeit anzuzeigen.
In der Tontechnik und Musikproduktion wird der Audio-Analysator oft verwendet, um das Klangbild und den Frequenzgang von Lautsprechern, Mikrofonen und Instrumenten zu optimieren. Durch die Verwendung von Audio-Analysatoren können Tontechniker und Musikproduzenten schnell und effektiv die Klangqualität verbessern und die Aufnahmebedingungen optimieren.
Insgesamt ist ein Audio-Analysator ein unverzichtbares Werkzeug für jede professionelle Audio-Anwendung. Es bietet detaillierte Messungen und Analysen von Audio-Signalen, die es ermöglichen, Probleme zu identifizieren und zu korrigieren, die Klangqualität zu verbessern und das Hörerlebnis zu optimieren.
Ein Audio-Messplatz besteht aus einem Generator, der Testsignale in das zu testende Gerät einspeist. Der eigentliche Audio-Analysator wertet den Ausgang des Testgeräts aus.
Die wichtigsten Signalformen des Generators sind sinusförmige Signale und Rauschsignale. Hinweise zu den wichtigsten Testsignalen haben wir in einem eigenen Artikel verfasst.
Der einfachste Audio-Analysator besteht aus einem reinem Effektivwert-Messgerät (Millivoltmeter).
Mit einem solchen Aufbau kann bereits der Frequenzgang und der minimale und maximale Eingangspegel vermessen werden. Mit einfachen analogen Filtern (Notchfilter) kann die Grundwelle entfernt werden. Damit kann der Klirrfaktor THD und THD+N bestimmt werden. Eine wichtige Erweiterung sind gehörrichtige Bewertungskurven im Analysator. Insbesondere hat die A-Kurve eine enorme Bedeutung erlangt. Mit einem Oszilloskop kann der Phasengang und die Anstiegszeiten ermittelt werden.
Die Geschichte des Audio-Analysators geht bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts zurück. In den 1940er Jahren wurden erste Versuche unternommen, elektronische Geräte zu entwickeln, die Audio-Signale messen und analysieren können. Die ersten Modelle waren jedoch groß und teuer und wurden hauptsächlich von der Militär- und Luftfahrtindustrie verwendet.
Ein wichtiger Meilenstein bildete 1940 der erste transportable Sinusgenerator HP200A von William Hewlett. Er basierte auf einer Wien-Brücke mit Röhrenschaltung und der berühmten Glühlampe. Der Frequenzbereich reichte von 35Hz-35kHz. Der Klirrfaktor lag bei bei einem 1%. Diese Geräte setzten Massstäbe und prägten eine ganze Ära und dienten als Grundlage des Weltunternehmens Hewlett-Packard.
In den 1950er Jahren wurden kleinere und erschwinglichere Audio-Analysatoren entwickelt. Diese Geräte waren jedoch immer noch relativ einfach und konnten nur grundlegende Messungen durchführen.
Mit dem Aufkommen der digitalen Technologie in den 1980er Jahren wurde es möglich, leistungsstärkere und vielseitigere Audio-Analysatoren zu entwickeln.Der HP8903B war lange Zeit die Referenz für ein analoges Gerät mit digitaler Steuerung. Später ermöglichte die digitale Signalverarbeitung, komplexe Messungen in Echtzeit durchzuführen und die Ergebnisse auf dem Bildschirm anzuzeigen. Das führte zu einem erheblichen Komfort.
In den letzten Jahren haben sich Audio-Analysatoren weiterentwickelt, um den Bedürfnissen der Benutzer gerecht zu werden. Es gibt mittlerweile Modelle, die speziell für die Messung von Lautsprechern, Mikrofonen, Kopfhörern und anderen Audio-Geräten entwickelt wurden. Es gibt auch Software-Analysatoren, die in die digitale Audio-Workstation integriert werden können, um Messungen in Echtzeit durchzuführen.
Insgesamt hat die Entwicklung des Audio-Analysators dazu beigetragen, die Qualität von Audioaufnahmen und -wiedergabe zu verbessern und die Arbeit von Tontechnikern, Musikproduzenten und anderen professionellen Benutzern zu erleichtern. Heute sind Audio-Analysatoren ein unverzichtbares Werkzeug für die Audio-Industrie und werden in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt.
Die ersten Messgeräte waren rein analog. Durch moderne ADC und DAC können heutzutage Geräte gebaut werden, die den frühen analogen Geräten weit überlegen sind. In high-end Messgeräten wie dem APX555 von Audio Precision, findet man jedoch ergänzend einen analogen Generator. Dieser Generator ist extrem klirrarm und übertrifft digitale Generatoren mit DAC um Größenordnungen.
Es gibt eine Vielzahl von Herstellern, die Audio-Analysatoren produzieren. Einige der bekanntesten und renommiertesten Marken sind:
Jeder Hersteller bietet eine breite Palette von Modellen an, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind und unterschiedliche Funktionen und Eigenschaften aufweisen. Einige Modelle sind für den Einsatz in der professionellen Tontechnik und Musikproduktion ausgelegt, während andere für den Heimgebrauch oder für den Einsatz in Forschung und Entwicklung vorgesehen sind. Die Wahl des richtigen Audio-Analysators hängt von den spezifischen Anforderungen des Benutzers ab, einschließlich des gewünschten Messbereichs, der Genauigkeit und der Kosten.
Die technischen Eckdaten eines Audio-Analysators können je nach Modell und Hersteller variieren. Einige der typischen technischen Eckdaten, die bei Audio-Analysatoren berücksichtigt werden können, sind:
Frequenzbereich: Der Frequenzbereich gibt an, welchen Bereich an Frequenzen der Audio-Analysator messen kann. Dies kann je nach Modell zwischen einigen Hertz und mehreren Kilohertz bis zu mehreren Megahertz liegen.
Messgenauigkeit: Die Messgenauigkeit gibt an, wie genau der Audio-Analysator in der Lage ist, Messungen durchzuführen. Dies kann in dB oder Prozent ausgedrückt werden und ist abhängig von der spezifischen Messmethode und den Messbedingungen.
Dynamikbereich: Der Dynamikbereich gibt an, wie groß der Unterschied zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Messwert ist, den der Audio-Analysator erfassen kann. Je größer der Dynamikbereich ist, desto genauer kann der Audio-Analysator Messungen durchführen.
Schnittstellen: Der Audio-Analysator kann über verschiedene Schnittstellen verfügen, z.B. USB, Ethernet oder GPIB. Diese Schnittstellen ermöglichen eine einfache Integration in ein Netzwerk und die Fernsteuerung des Geräts.
Anzeige/Display: Das Display des Audio-Analysators zeigt die Messergebnisse an und ermöglicht dem Benutzer die Überwachung der Messungen in Echtzeit. Die Größe, Auflösung und Farbdarstellung des Displays können je nach Modell variieren.
Diese technischen Eckdaten sind jedoch nur ein Teil der Funktionalitäten eines Audio-Analysators, und je nach Anwendungsgebiet können auch andere Eigenschaften eine wichtige Rolle spielen.
Die Norm DIN/IEC61672-1 ist die Grundlage für jeden Schallpegelmesser. In dieser Norm werden Messgrößen, Bewertungen für den Zeit-und Frequenzbereich sowie Anforderungen an die Genauigkeit definiert.
Jeder Schallpegelmesser, der heute auf dem Markt ist, verfügt über folgende Eigenschaften als kleinste Gemeinsamkeit
Professionelle Schallpegelmesser verfügen zusätzlich über
Häufig findet man auch
In den letzten Jahren ist Konnektivität für Internet Anbindung zunehmend auch in Schallpegelmessern zu finden.
Hier bieten die klassischen Anbieter (B&K, Svantek, Norsonic, Cirrus, Larson Davis usw.) ihre Geräte an. Die Mikrofone werden über LEMO bzw. ICP/IEPE angeschlossen. Mikrofone mit externer Polarisationsspannung von 200V werden unterstützt. Diese Geräte sind bauartgeprüft (PTB Prüfung) und damit eichfähig. Der Markt für diese Geräte ist sehr konservativ. Die PTB-Prüfung ist für die Hersteller sehr aufwendig. Dementsprechend sind auch diese Geräte relativ teuer. Umgekehrt sind diese Geräte auch sehr langlebig und allgemein anerkannt. Zielgruppe sind Ingenieur-Büros und professionelle Gutachter.
Diese Gruppe wird angeführt durch den NTI-XL2, der sich durch die Unterstützung der Sprachverständlichkeit (STIPA) einen Namen gemacht hat. Der NTI-XL2 ist auch mit der Option bauartgeprüft verfügbar. Der NTI-XL2 kommt eigentlich aus der Veranstaltungstechnik und hat eine etwas andere Philosophie als die Geräte der Referenzklasse. Vom Hersteller NTI wird seit kurzem (2022) der XL3 angeboten, der auf die Referenzklasse zielt, aber sich dort erst einen Namen machen muss.
In der Kompaktklasse finden sich die Geräte von der niederländischen Firma Bedrock/Embedded-Acoustics (SM50), die die Referenz für Sprachverständlichkeit (STI und STIPA) sind. Das grundlegende Verfahren STI wurde im Umfeld dieser Firma entwickelt.
Typisch für Geräte dieser Klasse ist die Verwendung des XLR-Steckers für die Mikrofone. Dadurch ist der Dynamikbereich gegenüber der Referenzklasse etwas eingeschränkt. Mikrofone mit externer Polaristionsspannung werden nicht unterstützt. Allerdings kann die ganze Palette an vor-polarisierten Kapseln verwendet werden, die heutzutage eine sehr hohe Messgenauigkeit besitzen.
Die Anbieter in dieser Geräte-Klasse punkten auch mit einem vielfältigen Funktionsumfang, die sich häufig in der Referenzklasse nicht finden.
Abstriche bei der Genauigkeit muss man in dieser Geräteklasse nicht machen.
Die wichtigste Messgröße ist der Energie-äquivalente Mittelwert (LEQ). In der Referenz und Kompaktklasse gehört dieser Messwert selbstverständlich dazu. Es gibt nur wenige Geräte, die deutlich günstiger sind und den korrekt LEQ messen können. Hierzu gehört der Centertek 392.
Mittlerweile werden Schallpegelmesser unter 20Euro angeboten. Hier finden sich einfachste 1/4" Mikrofonkapseln. Der Funktionsumfang entspricht dem Minimal-Umfang d.h. A/C und S/F manchmal noch ein peak-hold. Den wichtigen LEQ findet man nicht in diesen Geräten. Dafür wird gerne mit Speicherplätzen von Messwerten geworben. Die typische Genauigkeit liegt im Bereich von 1 bis 2dB und daher für orientierende Messungen durchaus ausreichend.
Moderne PCs bieten eine enorme Rechenleistungen mit der auch extrem anspruchsvolle Messverfahren umgesetzt werden können. Es sind flexible Messinterfaces verfügbar, mit der die ganze Palette an Messmikrofonen verwendet werden kann. Die Messgenauigkeit steht der Referenzklasse daher in nichts nach. PC-gestützte Lösungen wie Akulap bieten wesentlich umfangreichere Messverfahren an und sind einfacher und übersichtlicher zu bedienen. Allerdings sind solche Lösungen nicht so kompakt wie Handschallpegelmesser. Im allgemeinen sind PC-Lösungen nicht bauartprüfbar, da der PC dann Bestandteil der Prüfung wäre. Die Messgenauigkeit kann jedoch stets durch akkreditierte Labore nachgewiesen werden
Einen Sonderbereich bilden die Schallpegelmess-Apps, die teilweise einen beachtlichen Funktionsumfang haben. Der wichtige LEQ ist meist enthalten. Das Hauptproblem ist die eingeschränkte Kalibrierbarkeit. Schliesslich kann ein normaler Schallpegelkalibrator nicht einfach angesteckt werden. Problematisch sind auch niedrige und hohe Schallpegel, die für die verbauten MEMS-Mikrofone eine Herausforderung sind. Letztlich ist die Richtcharakteristik auch undefiniert. Zur groben Orientierung sind diese Apps durchaus verwendbar. Gerade in Bereichen wie z.B. der Spektralanalyse, wo es auf die absoluten Pegel nicht so genau ankommt, sind solche Apps sehr nützlich.
Dauermesstationen sind spezielle Schallpegelmesser, die darauf ausgelegt sind autonom, unter widrigen klimatischen Bedingungen, den Schallpegel zu erfassen. Häufig auch kombiniert mit Wetterdaten. Wichtigste Merkmale sind neben der Wetterfestigkeit auch die Anbindung an Cloud-Dienste zur Auswertung. Internet Konnektivität ist integraler Bestandteil moderner Systeme. Die akustischen Messparamter beschränken sich auf den Umfang der DIN/IEC616762, es geht schliesslich um Lärmerfassung. Typische Anwendung finden sich nicht nur in Flughäfen, sondern auch Baustellenüberwachung, Erfassung von Strassenlärm usw. Diese Geräte gehören zur Referenzklasse und sind auch bauartgeprüft.
Ein Mikrofon setzt ein Schalldruck in eine elektrische Spannung um.
Wie kann man das Übertragungsverhalten für unterschiedliche Frequenzen messen?
Freifeldbedingungen für Schall bedeutet die freie Ausbreitung als Kugelwelle. Diese theoretischen Bedingungen können in der Praxis nur mit Einschränkungen erreicht werden. Jedes Objekt in der Nähe der Schallquelle oder des Mikrofons führt zu Reflektionen des Schalls. Diese Reflektionen führen zu unerwünschten Absenkungen oder Überhöhungen des Frequenzgangs. Man bemüht sich, alle Wände und andere reflektierende Flächen mit absorbierenden Materialien auszukleiden. Für höhere Frequenzen (>300Hz) gelingt das recht gut mit porösen Materialien (Schaumstoff, Dämmwolle). Bei tiefen Frequenzen wird dies jedoch weitaus schwieriger.
Absorberkammern müssen möglichst groß sein, um einen großen Abstand zu den Wänden zu haben. Insgesamt ist der Aufwand für leistungsfähige Absorberkammern enorm. Daher verfügen nur wenige Labore über solche Räume.
Steht ein solcher Raum jedoch zur Verfügung, so verwendet man die Substitutionsmethode. Eine Schallquelle wird mit einem Referenzmikrofon vermessen. Danach wird an der identischen Position das Testmikrofon vermessen. Die Differenz zum Referenzmikrofon ergibt den gewünschten Frequenzgang des Testmikrofons. Da es nahezu Freifeldbedingungen sind, ist die Position der Mikrofone nicht ganz so kritisch. Entscheidend ist nur der Abstand zur Schallquelle. In realen Räumen sollte die Position jedoch millimetergenau wiederholt werden.
Der Frequenzgang eines Schallpegelmessers hängt nicht nur von dem Mikrofon ab. Beugungseffekte und Reflektionen an anderen Teilen des Schallpegelmessers können den Frequenzgang deutlich verändern. Daher müssen manche Geräte wie der NTI XL2 in der bauartgeprüften Variante mit abgesetztem Mikrofon betrieben werden.
Ein weiteres Beispiel sind falsch dimensionierte Druckausgleichsöffnungen der Mikrofonkapsel.
Solche Effekte können nur unter Freifeld-Bedingungen ermittelt werden, da nur dann alle Komponenten mit dem Schallfeld interagieren.
Eine Freifeldmessung ist für eine Qualitätssicherung während der Produktion viel zu aufwendig. Ähnliches gilt für die laufende Überwachung von Messmitteln in größeren Firmen. Ein Kondensatormikrofon kann nicht nur mit Schall angeregt werden sondern auch durch ein elektrisches Feld. Man schraubt das Schutzgitter ab und ersetzt dies durch ein elektrostatischen Aktuator. Gemessen wird die rein elektrische Übertragungsfunkton zwischen Aktuator und Ausgang des Mikrofons. Für jeweils einen Mikrofontyp muss der Zusammenhang einmalig zwischen Freifeld-Übertragungsfunktion und Aktuator-Übertragungsfunktion gemessen werden. Danach kann durch eine Korrektur der Freifeld-Frequenzgang berechnet werden. Dies funktioniert solange, wie die Grundkonstruktion des Mikrofons nicht verändert wird. Dies Messung ist schnell, unabhängig vom Raum oder anderen akustischen Störquellen. Dieses Messverfahren funktioniert nur mit Kondensatormikrofonen nach DIN/IEC61094 definierten Bauformen. Mikrofone mit fest eingebauten Elektret-Mikrofonen z.B. Behringer ECM8000 oder UMIK-1 können so nicht vermessen werden.
Die Mikrofonkalibrierung nach dem Reziprozitäts-Verfahren wird verwendet, um den Übertragungsfaktor von Laboratoriums-Normal Mikrofone mit geringstmöglicher Messunsicherheit zu bestimmen. Das Verfahren ist international nach DIN/IEC 61094-2 standardisiert. Diese Kalibrier-Methode basiert darauf, dass Kondensator-Mikrofone reziproke Schallwandler sind. Reziproke Schallwandler können sowohl als Schallempfänger als auch als Schallsender eingesetzt werden. Ein Kondensator-Mikrofon funktioniert auch als Lautsprecher. Diesen Effekt nutzt man auch bei elektrostatischen Kopfhörern. Das entscheidende ist, dass die Übertragungseigenschaften in beiden Richtungen umrechenbar sind. Bei der Reziprozitätsmethode werden 2 von 3 Mikrofonen akustisch miteinander gekoppelt, wobei ein Mikrofon als Schallsender und ein Mikrofon als Schallempfänger fungiert . Dieses Verfahren erreicht höchste Genauigkeit und wird in der Praxis von speziellen Kalibrierlaboren und Forschungseinrichtungen verwendet.
Ein definiertes Schalldruckfeld lässt sich wesentlich einfacher erzeugen als ein Freifeld. Ein kleiner Lautsprecher dient als Schallquelle und erzeugt ein Druckfeld in einem möglichst kleinen Volumen. In diesem Volumen sind zwei Mikrofone - akustisch gekoppelt - eingebaut. Ein Referenzmikrofon und das zu testende Mikrofon. Beide Mikrofone sind möglichst identischen akustischen Bedingungen ausgesetzt. Es handelt sich daher um eine direkte Vergleichsmethode. Der Frequenzgang des Lautsprechers ist unerheblich. Der enorme Vorteil dieser Methode ist, dass sie ähnlich wie die Methode mit elektrostatischem Aktuator unabhängig vom Raum und anderen akustischen Störquellen ist. Die Mikrofone müssen nicht aufwendig wie bei der Freifeld-Methode im Raum positioniert werden. Es können prinzipiell alle Bauformen von Mikrofonen vermessen werden, sofern diese mechanisch in den Kuppler passen und nach hinten geschlossen sind. Der Frequenzbereich reicht von ca. 30Hz bis 16kHz. Gerade höhere Frequenzen sind für solche Messverfahren eine Herausforderung. Umgekehrt können gerade tiefere Frequenzen, die in einem normalen Raum kaum messbar sind, sehr reproduzierbar und genau gemessen werden. Grundsätzlich können nur Mikrofone ähnlicher Bauweise verglichen werden, da sonst das Schallfeld im Kuppler nicht mehr symmetrisch ist. Weiterhin sollten auch nur Mikrofone mit identischer Entzerrung verglichen werden.
Das obige Bild zeigt einen vollständigen akustischen Messplatz
Das Kundt'sche Rohr besteht aus einem Hohlzylinder. In diesem Hohlraum wird ein definiertes Schallfeld erzeugt. Hauptsächlich setzt man diesen Aufbau ein, um Absorptionseigenschaften von Materialien zu vermessen. An einem Ende befindet sich ein Lautsprecher als Schallquelle. Am anderen Ende befindet sich die Materialprobe. An verschiedenen Positionen werden Mikrofone eingebracht, um das Schallfeld zu vermessen. Durch Austausch der Mikrofone, bei sonst gleichen Bedingungen, können Mikrofone verglichen werden.
Es ist sehr schwierig die Übertragungsfunktion eines Mikrofon in einem normalen Raum zu messen. Die Effekte durch Reflektionen überlagern alles. Gerade bei höheren Frequenzen (>300Hz) kann man aber einen Raum effizient mit Absorbern auskleiden. Hier erreicht man mit vertretbarem Aufwand nahezu Freifeld-Bedingungen. Man hilft sich auch, indem man im Nahfeld eines Lautsprechers misst und Reflektionen durch die Auswertung zeitlich wegfiltert. Eine Wellenfront benötigt auch einige Zeit, um beginnend vom Lautsprecher, dann über das Mikrofon, die erste Wand zu erreichen. Man wertet daher nur die erste Wellenfront aus. Das funktioniert aber auch nur bei höheren Frequenzen. Problematisch ist immer die Positionierung der Mikrofone, da das Schallfeld extrem ortsabhängig ist. Es ist zunächst naheliegend die beiden Mikrofone gleichzeitig zu messen. Hier kommt es aber zu unerwünschten Reflektionen zwischen den Mikrofonen, die das Messergebnis erheblich verfälschen können.
Im allgemeinen ist es ungünstig, extrem schmalbandige Signale, wie einzelne Frequenzen mit einem Sinus-Signal zu verwenden. Hier machen sich Raum-Resonanzen besonders stark bemerkbar. Es ist günstiger, schmalbandiges Rauschen (z.B. in Terzbändern) zu verwenden. Dadurch findet schon eine gewisse Mittelung im Frequenzbereich statt.
Druckkammerverfahren eignen sich gut für tiefere Frequenzen. Der konstruktive Aufwand für eine Messbox ist sehr gering. Umgekehrt können höhere Frequenzen in normalen Räumen halbwegs sinnvoll gemessen werden. Die Idee ist, man misst zunächst tiefere Frequenzen im Druckfeld in einer kleinen Messbox und im zweiten Schritt unter quasi-Freifeld Bedingungen in einem akustisch nur grob behandeltem Raum. Die unterschiedlichen Frequenzbereiche werden in der Auswertung kombiniert. Dieses Verfahren findet sich gelegentlich im DIY-Bereich. Im professionellen Bereich verwendet man eher eine Präzionsdruckkammer, die reproduzierbar bis 16kHz einsetzbar ist und in der Serienmessung wesentlich wirtschaftlicher ist. Insbesondere ist der zeitliche Aufwand wesentlich geringer.