Ing. Büro Dr. Jordan für Akustik

Schallquellen für akustische Messungen

Viele Messungen in der Akustik benötigen eine Schallquelle, mit der der Testaufbau angeregt werden kann. Am häufigsten sind dies Messungen in der Raumakustik, hier wird der Raum mit einer Schallquelle angeregt und das Abklingverhalten des Raumes gemessen. Oft findet man Schallquellen aber auch in der Bauakustik, mit denen das Schalldämm-Maß zwischen zwei Räumen gemessen werden kann. Schallquellen verwendet man auch, um Mikrofone zu vermessen.
Am häufigsten verwendet man elektroakustische Wandler. Aber es werden auch viele andere akustische Schallquellen genutzt. Sei es ein platzender Ballon, eine Pistole oder ein Ventilator.

Elektroakustische Wandler

Im Folgenden legen wir den Schwerpunkt auf elektroakustische Wandler. Ein solcher Wandler setzt ein elektrisches Signal in Schall um. Am häufigsten werden elektrodynamische Lautsprecher benutzt. Ein solcher Lautsprecher verwendet eine Spule, die sich in einem Magnetfeld befindet. Durch Stromfluss wird die Spule bewegt und damit auch die Membran und Schall erzeugt. Es gibt aber auch weitere Wandler, z.B. elektrostatische Lautsprecher oder durch Ausnutzen des Piezoeffekts. Aktuelle Entwicklungen beschäftigen sich mit MEMS.

Welche Eigenschaften sollte ein Lautsprecher haben?

  • Maximaler Schallpegel
  • Breiter Frequenzgang
  • Geringe Verzerrungen
  • Hoher Wirkungsgrad
  • Geringes Gewicht
  • Definiertes Abstrahlverhalten

Maximaler Schallpegel

Gerade in der Bauakustik werden häufig hohe Schallpegel benötigt. Beträgt der Ruhepegel im Empfangsraum z.B. 40 dB. Wir nehmen an, die Schalldämmung der Wand beträgt grob 60 dB. Dann sollte der Lautsprecher mindestens einen Pegel von 110 dB erreichen. Wir haben in diesem Beispiel noch 10 dB Sicherheitsreserve zum Ruhepegel berücksichtigt.
Technisch ist es wesentlich einfacher, hohe Pegel bei höheren Frequenzen zu erreichen. Unter 200 Hz werden die Lautsprecher zunehmend größer, da die Wellenlänge entsprechend größer wird. Bei Messungen im Bereich von 50 Hz und darunter werden bereits große und schwere Boxen benötigt.
Einen Ausweg stellt die Chirp-Methode dar. Durch Ausnutzung moderner Verfahren der Signalanalyse können Messungen bereits mit geringsten Schallpegeln durchgeführt werden. Warum von „115 dB laut Datenblatt“ im 125-Hz-Terzband am Messmikrofon oft nur 79 dB übrig bleiben, können Sie direkt in unserem Rechner für Raum-Schallpegel, Hallradius und Verstärkerleistung nachrechnen.


Frequenzgang

Das menschliche Ohr besitzt einen Frequenzumfang von 20 Hz bis 20 kHz. Dieser Bereich kann durch einen einzelnen Lautsprecher nicht abgedeckt werden. Daher verwendet man mehrere Lautsprecher, die jeweils in einem eigenen Frequenzbereich arbeiten. Durch eine Frequenzweiche wird das Eingangssignal in unterschiedliche Frequenzbereiche aufgeteilt. Die Anordnung der Lautsprecher und die Phasengänge führen zu einem komplexen räumlichen Abstrahlverhalten.
Durch moderne Signalprozessoren kann der Frequenzgang eines einzelnen Lautsprechers so angeglichen werden, dass der Frequenzgang in einem weiten Bereich linear ist.

Sprachverständlichkeit (STIPA / SAA): Wann brauchen Sie eine TalkBox?

Sie müssen Messungen der Sprachverständlichkeit (STIPA) nach DIN EN 60268-16, DIN VDE 0833-4 oder DIN 14675 durchführen? Dann entscheidet der Aufbau der Anlage über die nötige Signalquelle:

  • Elektrische Einspeisung am ELA-Schrank (ohne TalkBox): Werden die Alarmtexte rein elektronisch aus dem Sprachspeicher abgespielt, speisen Sie das STIPA-Testsignal direkt elektrisch über Line-In ein.
  • Akustische Messung am Feuerwehr-Mikrofon (mit TalkBox): Sobald ein Sprecher über eine Live-Sprechstelle oder ein Feuerwehrmikrofon spricht, muss das Mikrofon samt Raumakustik am Sprecherplatz mitgeprüft werden. Hier wird durch eine kalibrierte TalkBox (künstlicher Mund nach ITU-T P.51) per DSP-Equalizer der Frequenzbereich von 100 Hz bis 10 kHz linearisiert und exakt auf den menschlichen Sprachpegel geregelt.

Den direkten Praxisvergleich (Bedrock SM50 / SM90 vs. NTi XL2 sowie unsere kalibrierten TalkBoxen mit Laser-Abstandsmesser) finden Sie auf unserer Übersichtsseite für STIPA & SAA-Messtechnik sowie im Fachartikel zur TalkBox als Mundsimulator.

Richtwirkung

Bei vielen Messungen im Bereich der Raum- und Bauakustik ist man an einem diffusen Schallfeld interessiert. Daher sollte die Schallquelle möglichst gleichmäßig in alle Richtungen strahlen. Im Idealfall eine reine Punktquelle.

Omnidirektionale Schallquelle: der Dodekaeder

Am häufigsten findet man in diesem Bereich den Dodekaeder. Er besteht aus 12 Lautsprechern, die eine kugelförmige Abstrahlung annähern. Anforderungen an solche Lautsprecher finden sich in der ISO 3382 und ISO 140 (bzw. ISO 16283).
Typische Dodekaeder haben eine Größe (Durchmesser) von 20 bis 50 cm. In der Praxis versucht man stets einen Kompromiss zwischen geringem Gewicht und maximalem Schallpegel zu finden.

Eine Schallquelle für raumakustische Messungen muss keine 15 kg wiegen – 2,5 kg reichen auch!

Akustische Messungen werden klassischerweise mit abgeschaltetem rosa Rauschen durchgeführt. Dieses Verfahren ist Stand der Technik seit den 1950er Jahren. Da es beim Rauschen keinen mathematischen Korrelationsgewinn gibt, muss der Lautsprecher den Störpegel im Raum (z.B. 50 dB Lüftungslärm im 125-Hz-Band) brachial um 35 dB bis 45 dB übertönen. Dafür wären rechnerisch bis zu 1.600 Watt Verstärkerleistung nötig – in der Konsequenz sind klassische Messlautsprecher groß und schwer.

Der physikalische Ausweg (0,3 W bis 10 W statt 1.600 W):
Durch Ausnutzung moderner Korrelationsverfahren (ab 1980) können die notwendigen Schallpegel zur akustischen Messung drastisch verringert werden. Stand der Technik ist die Chirp-Methode nach DIN EN ISO 18233:2006-08 (Akustik - Anwendung neuer Messverfahren in der Bau- und Raumakustik). Wie bei einer Langzeitbelichtung in der Fotografie tauscht der logarithmische Sinus-Sweep (Chirp) Spitzenpegel gegen Messzeit: Jede Verdopplung der Messdauer bringt +6 dB zusätzlichen Störabstand (SNR) – bzw. senkt die nötige Verstärkerleistung auf ein Viertel.

Mit einem 16-Sekunden-Chirp ersetzen Sie eine 1.600-Watt-Rauschendstufe durch 0,3 W bis 2,5 W Leistung und messen mit unserem 2,5-kg-Aktivlautsprecher selbst bei laufender Lüftung im normalen Bürobetrieb (bereits ab 5 dB über Ruhepegel). Gleichzeitig liefert dieselbe Messung neben der Nachhallzeit (RT60) auch Klarheitsmaße (C50/C80) und den vollständigen Sprachübertragungsindex (Full-STI nach DIN EN ISO 3382-3).

Hier können Sie den Unterschied selbst im Browser testen und hören:

Schallquellen & Messsysteme mieten (mit 100 % Kaufanrechnung) oder als Vorführgerät kaufen

Sie stehen vor einer einzelnen Bau- oder Raumakustik-Abnahme, benötigen kurzfristig einen 360°-Dodekaeder mit Leistungsverstärker, eine kalibrierte STIPA-TalkBox, ein Normhammerwerk oder möchten unseren 2,5-kg-Chirp-Aktivlautsprecher zunächst auf Ihrer eigenen Baustelle testen?

  • Wochenweise Miete ab Lager Dresden: Auf unserer Miet-Übersichtsseite für Akustik-Messtechnik können Sie sämtliche Schallquellen und Handmessgeräte (Bedrock SM50, NTi XL2, Dodekaeder, TalkBox, Hammerwerk, Kalibratoren) flexibel ab 1 Woche mieten. Jedes System wird vor dem Versand an unserem Audio Precision APx555 geprüft. Bei anschließendem Kauf eines Neugeräts unserer Marken (Akulap, Bedrock, Ntek, Lookline) rechnen wir Ihnen die Miete zu 100 % auf den Kaufpreis an.
  • Geprüfte Dodekaeder-Vorführgeräte (-30 %): Auf unserer Schallquellen-Übersichtsseite finden Sie neben Neugeräten auch werkstattgeprüfte Dodekaeder- und Verstärker-Vorführgeräte aus unserem Laborbestand mit 30 % Preisvorteil.
In eigener Sache – Ein persönliches Wort von Dr.-Ing. Frank Jordan (hier klicken zum Aufklappen)

Ich beschäftige mich nun seit vielen Jahrzehnten mit der akustischen Messtechnik und bin dabei über die Jahre – gerade bei der Messung der Nachhallzeit und der Sprachverständlichkeit – extrem tief in die Mathematik und Signalverarbeitung vorgedrungen.

Gerade die Messung der Nachhallzeit mit abgeschaltetem Rauschen ist für mich in der Praxis immer noch ein Graus. Da wird vielerorts noch mit einem uralten Verfahren aus den 1950er Jahren gearbeitet – oft nach dem Motto: „Das war schon immer so, das Messgerät kann eben nur das, das geht schon irgendwie.“

Ich arbeite seit Jahren daran zu erklären: Das muss überhaupt nicht so sein! Es gibt extrem leistungsfähige Korrelationsverfahren, die als fertiges Produkt direkt einsatzfähig sind – warum nutzen Sie diese nicht? Sowohl in der Raumakustik als auch in der Bauakustik (wo hinter einer gedämmten Wand im Empfangsraum ohnehin kaum noch Pegel ankommt) ergibt es überhaupt keinen Sinn, sich für die Messung mit abgeschaltetem Rauschen abzumühen. Sie können Ihre Messungen wesentlich besser, sicherer und mit einem Bruchteil des Gewichts durchführen, wenn Sie diese modernen Verfahren einsetzen.

Und kompliziert ist das in der Anwendung auch nicht: Natürlich ist das vom theoretischen und mathematischen Unterbau her anspruchsvoll – aber genau diese Arbeit haben wir Ihnen in unserer Software (Akulap & Akulap Mobile) ja komplett abgenommen.

Wenn Sie das Thema interessiert: Ich habe mir persönlich sehr viel Mühe gegeben, alle Informationen, Erklärungen und interaktiven Simulatoren auf unserer neuen Webseite (Übersicht Schallquellen, Raumakustik-Labor und Chirp-Simulator) zusammenzustellen. Ich bin da fast schon ein bisschen auf einer Mission. Es würde mich sehr freuen, wenn Sie sich die neuen Seiten anschauen – und schreiben Sie mir gerne auch direkt eine E-Mail an Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein. oder kommentieren Sie Ihre Erfahrungen. Ich hoffe, dass Ihnen die neuen Seiten gefallen!

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